深入解析LM21305降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊

在電子設(shè)計領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是一種常見且關(guān)鍵的元件，它能將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓，以滿足不同電子設(shè)備的需求。今天，我們就來詳細(xì)探討德州儀器（Texas Instruments）的LM21305降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊。

文件下載：LM21305EVM/NOPB.pdf

一、LM21305概述

LM21305是一款功能齊全的可調(diào)頻率同步降壓負(fù)載點(diǎn)調(diào)節(jié)器，能夠提供高達(dá)5A的連續(xù)輸出電流。它的輸入電壓范圍為3V至18V，輸出電壓范圍為0.598V至5V，適用于各種不同的應(yīng)用場景。

特點(diǎn)

• 高精度輸出：具備出色的輸出電壓精度，能為數(shù)字負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。
• 良好的瞬態(tài)響應(yīng)：在負(fù)載變化時，能快速響應(yīng)，保證輸出電壓的穩(wěn)定。
• 靈活的系統(tǒng)配置：可通過外部電阻對開關(guān)頻率進(jìn)行編程，還能將開關(guān)頻率同步到外部時鐘，頻率范圍為300kHz至1.5MHz。
• 多種保護(hù)功能：擁有內(nèi)部軟啟動功能，可限制浪涌電流；具備預(yù)偏置和單調(diào)啟動能力；還有逐周期電流限制、熱關(guān)斷、過壓保護(hù)（OVP）和過流保護(hù)（OCP）等功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 封裝優(yōu)勢：采用WQFN - 28封裝，帶有外露焊盤，增強(qiáng)了熱性能。

評估板默認(rèn)參數(shù)

二、評估板電路與物料清單

典型應(yīng)用電路與原理圖

評估板的典型應(yīng)用電路展示了LM21305在實際應(yīng)用中的連接方式。原理圖則詳細(xì)呈現(xiàn)了各個元件之間的電氣連接，為工程師進(jìn)行電路分析和設(shè)計提供了重要依據(jù)。

物料清單（BOM）

三、連接說明與跳線設(shè)置

連接說明

跳線設(shè)置

四、其他設(shè)計示例

五、典型性能特性

評估板的典型性能特性包括不同輸入電壓和開關(guān)頻率下的效率曲線，以及啟動過程中的各種波形，如無負(fù)載啟動、5A電阻負(fù)載啟動、預(yù)偏置負(fù)載啟動等。這些特性可以幫助工程師了解LM21305在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。

六、元件選擇

輸入電容

PVIN為開關(guān)功率級提供電源，輸入電容需要承受較大的交流開關(guān)電流。為防止大的電壓瞬變，應(yīng)使用低ESR的輸入電容，并根據(jù)最大RMS電流進(jìn)行選型。最大RMS電流計算公式為： [I{RMS_CIN}=I{OUT} sqrt{frac{V{OUT}(V{PVIN}-V{OUT})}{V{PVIN}}}] 輸入電容的功率損耗為： [P{D_CIN}=I{RMS}^{2} R_{ESR_CIN}] 在設(shè)計中，還可以并聯(lián)多個電容以滿足尺寸或高度要求。對于低輸入電壓應(yīng)用，需要足夠的輸入電容來減小負(fù)載電流變化時的瞬態(tài)影響。

AVIN濾波器

AVIN濾波器由電阻 (R{F}) 和電容 (C{F}) 組成。評估板中使用1Ω的電阻 (R{F}) ，以確保在器件啟用后不會觸發(fā)欠壓鎖定（UVLO）比較器。1μF的 (C{F}) 電容與1Ω電阻配合，在500kHz開關(guān)頻率下可提供約10dB的衰減。

開關(guān)頻率選擇

LM21305支持300kHz至1.5MHz的寬范圍開關(guān)頻率。較低的開關(guān)頻率通常意味著較低的開關(guān)損耗，可提高效率；而較高的開關(guān)頻率則允許使用更小的LC濾波器，實現(xiàn)更緊湊的設(shè)計。選擇開關(guān)頻率時需要綜合考慮效率、電路尺寸、輸入輸出電壓、負(fù)載水平等因素。最大可用頻率計算公式為： [f{s - max}=frac{V{OUT}}{V{PVIN - max}} × frac{1}{T{ON - MIN}} × frac{1}{T_{ON - ON}}] 為獲得所需的工作頻率，可使用以下公式計算電阻R4的值： [f_s [kHz] = 31000 × R^{-0.9}[kΩ]]

電感

一般建議將電感的峰 - 峰紋波電流保持在最大直流負(fù)載電流（5A）的20%至40%之間，理想值為30%。電感應(yīng)具有足夠高的電流額定值和盡可能小的DCR。峰 - 峰電流紋波計算公式為： [Delta i{L{pp}}=frac{(1 - D) × V{OUT}}{f{S} × L}] 電感的選擇范圍為： [frac{(1 - D) × V{OUT}}{f{S} × 0.4 × I{L(MAX)}} leq L leq frac{(1 - D) × V{OUT}}{f{S} × 0.2 × I{L(MAX)}}] 電感應(yīng)能夠承受最大負(fù)載電流加上紋波電流，即 (I{L(MAX)} = I{LOAD(MAX)} + Delta i_{L(MAX)} / 2) 。

輸出電容

輸出電容的選擇直接影響穩(wěn)態(tài)輸出電壓紋波、環(huán)路穩(wěn)定性以及負(fù)載瞬變時的電壓過沖或下沖。輸出電壓紋波由兩部分組成： [Delta V{OUT - ESR}=Delta i{L{P - P}} × ESR] [Delta V{OUT - C}=frac{Delta i{L{P - P}}}{8 f{S} C{OUT}}] 實際的峰 - 峰紋波小于兩部分峰值之和： [Delta V{OUT}{L, pp} timesleft(frac{1}{8 f{S} C{OUT}} + ESRright)] 為了在負(fù)載瞬變時保持較小的過沖或下沖，希望輸出電容具有小的ESR和大的電容值，但這會增加成本和尺寸。建議使用一個或多個陶瓷電容，因為它們具有非常低的ESR，并且在高頻下仍保持電容特性。