LM25010評(píng)估板：設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

作為電子工程師，在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，LM25010評(píng)估板是一款值得深入研究的工具。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下這款評(píng)估板的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工作原理以及實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

文件下載：LM25010EVAL.pdf

評(píng)估板概述

LM25010EVAL評(píng)估板為設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)功能完備的降壓調(diào)節(jié)器，采用恒定導(dǎo)通時(shí)間（COT）工作原理。它能在6V - 42V的輸入電壓范圍內(nèi)提供5V的輸出電壓，電路可提供高達(dá)1A的負(fù)載電流，電流限制設(shè)置約為1.3A。除R6和C9 - C11外，評(píng)估板已安裝所有外部組件，這些組件可用于降低輸出紋波。

主要規(guī)格參數(shù)

• 輸入電壓：6V至42V
• 輸出電壓：5V
• 最大負(fù)載電流：1.0A
• 最小負(fù)載電流：0A
• 電流限制：1.3A
• 測(cè)量效率：在 (V{IN}=6V) ， (I{OUT }=200mA) 時(shí)為95.5%
• 標(biāo)稱開(kāi)關(guān)頻率：200kHz
• 尺寸：2.25英寸 x 0.88英寸 x 0.47英寸

工作原理

評(píng)估板的導(dǎo)通時(shí)間根據(jù)以下公式計(jì)算： [t{ON}=frac{1.18 × 10^{-10} times(R 1+1.4 k)}{left(V{IN}-1.4 Vright)}+67 ns] 導(dǎo)通時(shí)間范圍從 (V{IN }=6V) 時(shí)的約5000ns到 (V{IN}=42V) 時(shí)的約650ns，且與 (V_{IN }) 成反比，以保持近乎恒定的開(kāi)關(guān)頻率。每個(gè)導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束時(shí)，最小關(guān)斷定時(shí)器確保降壓開(kāi)關(guān)至少關(guān)斷260ns。在關(guān)斷期間，輸出電容（C7）由負(fù)載電流放電。當(dāng)輸出電壓下降到FB引腳電壓低于2.5V時(shí)，調(diào)節(jié)比較器啟動(dòng)新的導(dǎo)通時(shí)間周期。為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的固定頻率操作，F(xiàn)B引腳需要約25mV的紋波來(lái)切換調(diào)節(jié)比較器。

評(píng)估板使用注意事項(xiàng)

布局與探測(cè)

• 散熱：在高輸入電壓和高負(fù)載電流下工作時(shí)，需要強(qiáng)制空氣流動(dòng)，因?yàn)長(zhǎng)M25010和二極管D1會(huì)發(fā)熱。
• 安全：在高輸入電壓下探測(cè)電路時(shí)要格外小心，防止受傷和電路損壞。
• 負(fù)載連接：在最大負(fù)載電流（1A）時(shí)，連接負(fù)載的電線尺寸和長(zhǎng)度很重要，要確保評(píng)估板與負(fù)載之間的電線沒(méi)有明顯的電壓降。

連接與啟動(dòng)

輸入連接到J1連接器，負(fù)載通常連接到J3連接器的OUT1和GND端子。啟動(dòng)前，應(yīng)在輸入和輸出端子連接電壓表，用電流表或電流探頭監(jiān)測(cè)負(fù)載電流。建議將輸入電壓逐漸增加到6V，此時(shí)輸出電壓應(yīng)為5V。如果輸出電壓正確，可根據(jù)需要增加輸入電壓并評(píng)估電路。

降低輸出紋波

LM25010在FB引腳需要至少25mVp - p的紋波，且與SW引腳的開(kāi)關(guān)波形同相，以確保正常工作。以下是幾種降低輸出紋波的方法：

紋波降低選項(xiàng)A

評(píng)估板默認(rèn)安裝C8， (R 4 = 0.68Ω) ，C8將輸出紋波直接耦合到FB，提供相對(duì)較低的輸出紋波。C8的最小值根據(jù)以下公式計(jì)算： [C 8=frac{L{G N(max )}}{(R 2 / / R 3)}] 其中 (t{ON(max )}) 是最小 (V{IN }) 時(shí)的最大導(dǎo)通時(shí)間，R2//R3是R2和R3的等效并聯(lián)值。對(duì)于該評(píng)估板， (t{ON(max )}) 約為5000ns， (R 2 / / R 3 = 2.5kΩ) ，因此C8的最小值為0.002μF。輸出紋波幅值在 (V_{IN }) 變化范圍內(nèi)為30mVp - p至150mVp - p。

紋波降低選項(xiàng)B

添加R6、C9、C10，將R4替換為零歐姆，C8和C11位置留空。R6和C9用于在其結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生30 - 40mVp - p的三角波，該三角波通過(guò)C10耦合到FB引腳。計(jì)算R6、C9和C10值的步驟如下：

1. 計(jì)算電壓 (V{A}) ： [V{A}=V{CA} pi - (V{sw}, x(1-(V{our}/Vin)))] 其中 (V{SW}) 是關(guān)斷期間SW引腳電壓的絕對(duì)值（通常為1V），Vin是最小輸入電壓。對(duì)于該電路， (V_{A}) 計(jì)算為4.83V。
2. 計(jì)算R6?C9乘積： [R 6 cdot C 9=frac{left(Vin-V{A}right) × t{ON}}{Delta V}] 其中 (t{ON}) 是最小 (V{IN }) 時(shí)的導(dǎo)通時(shí)間（約5μs）， (Delta V) 是R6/C9結(jié)點(diǎn)所需的紋波幅值（本例為30mV）。計(jì)算得到 (R 6 cdot C 9 = 1.95 × 10^{4}) 。選擇標(biāo)準(zhǔn)值組件滿足該乘積，例如C9為1000pF，R6為195kΩ，C10為0.01μF。在連續(xù)導(dǎo)通模式下（負(fù)載電流在120mA至1.3A之間）， (V_{OUT1}) 的紋波范圍為3mVp - p至11mVp - p；在非連續(xù)導(dǎo)通模式下（負(fù)載電流低于120mA），紋波范圍為約40mVp - p至約120mVp - p；在電流限制模式下，紋波范圍為約100mVp - p至約300mVp - p。

紋波降低選項(xiàng)C

將負(fù)載連接到 (V_{OUT2}) （保留R4）。該輸出的紋波在輸入電壓范圍內(nèi)為約3mVp - p至約10mVp - p，但由于R4的存在， (OUT2) 的負(fù)載調(diào)節(jié)不如 (OUT1) 好。此選項(xiàng)適用于負(fù)載電流相對(duì)恒定的應(yīng)用。

增加電流限制

評(píng)估板的電流限制在負(fù)載電流約為1.3A時(shí)啟動(dòng)。如果需要為特定應(yīng)用增加電流限制，必須在板上添加R5。確定該電阻的合適值，請(qǐng)參考LM25010/LM25010Q 42V，1.0A降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器數(shù)據(jù)手冊(cè)（SNVS419）。

最小負(fù)載電流

LM25010需要約500μA的最小負(fù)載電流，以確保升壓電容（C6）在每個(gè)關(guān)斷期間充分充電。在該評(píng)估板中，反饋電阻（R2，R3）提供最小負(fù)載電流，使 (OUT1) （或 (OUT2) ）的最小負(fù)載電流可指定為零。

總結(jié)

LM25010評(píng)估板是一款功能強(qiáng)大的降壓調(diào)節(jié)器評(píng)估工具，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和使用，可以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體要求選擇合適的紋波降低方法和電流限制設(shè)置，同時(shí)注意布局、散熱和安全等問(wèn)題。希望本文能為電子工程師在使用LM25010評(píng)估板時(shí)提供一些有用的參考。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。