深入剖析 AN - 2016 LM34919B 評(píng)估板：設(shè)計(jì)與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，評(píng)估板是工程師們驗(yàn)證和測(cè)試電路性能的重要工具。今天我們就來(lái)詳細(xì)探討一下 AN - 2016 LM34919B 評(píng)估板，它為設(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。

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評(píng)估板概述

基本規(guī)格

該評(píng)估板輸入電壓范圍為 6V 至 24V，能提供 3.3V 的穩(wěn)定輸出電壓。最大負(fù)載電流可達(dá) 600 mA，電流限制標(biāo)稱(chēng)值為 800 mA，實(shí)測(cè)效率在 (V{IN }=6 ~V) 、 (I{OUT }=300 ~mA) 時(shí)為 88.7%，標(biāo)稱(chēng)開(kāi)關(guān)頻率為 1.5 MHz，尺寸為 2.6 in. x 1.6 in. x 0.5 in。不過(guò)，板上除 R5、C9 和 C10 外，其余組件均已安裝，這幾個(gè)組件為管理輸出紋波提供了可選方案。

工作原理

評(píng)估板的導(dǎo)通時(shí)間由 R1 和 (V{IN }) 決定，計(jì)算公式為 [t{ON}=frac{0.565 × 10^{-10} times(R 1+1.4 k Omega)}{V{IN}-1.5 V}+55 ns] 。導(dǎo)通時(shí)間在 (V{IN}=6 ~V) 時(shí)約為 424 ns，在 (V{IN}=24 ~V) 時(shí)約為 129 ns，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)束后，最小關(guān)斷定時(shí)器確保降壓開(kāi)關(guān)至少關(guān)斷 88 ns。在關(guān)斷期間，負(fù)載電流由輸出電容（C7、C8）提供。當(dāng)輸出電壓下降到使 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 引腳需要至少 25 mV 的紋波來(lái)切換調(diào)節(jié)比較器。電流限制閾值在 (V{IN }=6 ~V) 時(shí)為 780 mA，在 (V{IN }=24 ~V) 時(shí)為 812 mA，其變化是由于 (V_{IN }) 變化時(shí)紋波電流幅度的改變。

布局與探測(cè)注意事項(xiàng)

布局

從圖 1 可以看到電路組件的布局。在給評(píng)估板供電時(shí)，需要注意在高輸入電壓和高負(fù)載電流下，LM34919B 和二極管 D1 可能會(huì)發(fā)熱。

探測(cè)

在高輸入電壓下探測(cè)電路時(shí)要格外小心，防止受傷以及可能對(duì)電路造成的損壞。當(dāng)達(dá)到最大負(fù)載電流（0.6A）時(shí)，連接負(fù)載的電線(xiàn)尺寸和長(zhǎng)度就變得很重要，要確保評(píng)估板與負(fù)載之間的電線(xiàn)不會(huì)有明顯的電壓降。

連接與啟動(dòng)步驟

輸入連接到 J1 連接器，負(fù)載連接到 J2（OUT）和 J3（GND）端子。要確保電線(xiàn)尺寸適合預(yù)期的負(fù)載電流。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 3.3V。如果輸入 6V 時(shí)輸出電壓正確，就可以根據(jù)需要增加輸入電壓并進(jìn)行電路評(píng)估，但要注意 (V_{IN }) 不要超過(guò) 40V。

輸出紋波控制

LM34919B 的 FB 引腳需要至少 25 mVp - p 的紋波，且與 SW 引腳的開(kāi)關(guān)波形同相才能正常工作?？梢酝ㄟ^(guò)反饋電阻從 (V{OUT }) 的紋波中獲取所需紋波，也可以單獨(dú)使用 R5、C9 和 C10 來(lái)產(chǎn)生紋波，以盡量降低 (V{OUT }) 的紋波。

選項(xiàng) A：低成本配置

評(píng)估板中 R4 與輸出電容（C7、C8）串聯(lián)，選擇 R4 以在 (V{OUT }) 產(chǎn)生 (≥25 mVp - p) 的紋波。已知該電路在最小 (V{IN }) 時(shí)最小紋波電流為 140 mAp - p，使用 0.27Ω 的 R4，在輸入電壓范圍內(nèi) (V_{OUT }) 的紋波范圍約為 37 mVp - p 至 88 mVp - p。如果應(yīng)用能接受這個(gè)紋波水平，這就是最經(jīng)濟(jì)的解決方案。

選項(xiàng) B：中等紋波配置

通過(guò)在 R2 兩端增加一個(gè)電容（Cff），可以比選項(xiàng) A 產(chǎn)生更小的 (V{OUT }) 紋波。由于輸出紋波通過(guò) Cff 幾乎無(wú)衰減地傳遞到 FB 引腳，因此可以減小 R4 的值，使 (V{OUT }) 的最小紋波約為 25 mVp - p。Cff 的最小值可根據(jù)公式計(jì)算，其中 (t{ON(max )}) 是最大導(dǎo)通時(shí)間（在最小 (V{IN }) 時(shí)），R2//R3 是反饋電阻的并聯(lián)等效值。

選項(xiàng) C：最小紋波配置

為了使 (V_{OUT }) 的紋波最小，將 R4 設(shè)置為 0Ω，并添加 R5、C9 和 C10 為 FB 引腳產(chǎn)生所需紋波。在這種配置下，輸出紋波主要由輸出電容的 ESR 和電感器的紋波電流決定。FB 引腳所需的紋波電壓由 R5、C10 和 C9 產(chǎn)生，通過(guò)選擇合適的 R5 和 C10 值，在它們的連接處產(chǎn)生 50 - 100 mVp - p 的三角波，然后通過(guò) C9 耦合到 FB 引腳。具體計(jì)算步驟如下：

1. 計(jì)算電壓 (V{A})： [V{A}=V{ox, T}-left(V{SW} xleft(1-left(V{ox, Pi} / V{m}right)right)right) ] ，其中 (V{SW}) 是關(guān)斷期間 SW 引腳電壓的絕對(duì)值（通常為 1V）， (V{IN }) 是最小輸入電壓。對(duì)于該電路， (V_{A}) 計(jì)算結(jié)果為 2.84V，這是 R5/C10 連接處的近似直流電壓，用于后續(xù)公式計(jì)算。
2. 計(jì)算 R5 x C10 的乘積： [R 5 × C 10=frac{left(V{IN}-V{A}right) × t{ON}}{Delta V} ] ，其中 (t{ON}) 是最大導(dǎo)通時(shí)間（約 424 ns）， (V_{IN}) 是最小輸入電壓， (Delta V) 是 R5/C10 連接處所需的紋波幅度（此例為 50 mVp - p）。通常 C10 選擇 3000 至 5000 pF，R5 選擇 10kΩ 至 300 kΩ，C9 選擇比 C10 大的值，通常為 0.1 μF。

其他功能

監(jiān)測(cè)電感電流

可以使用電流探頭在示波器上監(jiān)測(cè)電感電流。移除 R6，并在 R6 所在的兩個(gè)大焊盤(pán)上安裝一個(gè)合適的電流環(huán)，這樣就能準(zhǔn)確確定電感的紋波電流和峰值電流。

示波器探頭適配器

評(píng)估板上提供了示波器探頭適配器，用于監(jiān)測(cè) SW 引腳和電路輸出（ (V_{OUT }) ）的波形，避免使用探頭的接地引線(xiàn)拾取開(kāi)關(guān)波形中的噪聲。

最小負(fù)載電流

LM34919B 需要約 1 mA 的最小負(fù)載電流，以確保升壓電容（C5）在每個(gè)關(guān)斷期間能夠充分充電。在該評(píng)估板中，反饋電阻提供了最小負(fù)載電流，使得輸出端的最小負(fù)載電流可以指定為零。

電路性能與波形

通過(guò)一系列圖表展示了評(píng)估板的電路性能，包括效率與負(fù)載電流、輸入電壓的關(guān)系，輸出電壓紋波，開(kāi)關(guān)頻率與輸入電壓的關(guān)系，負(fù)載電流限制與輸入電壓的關(guān)系等。同時(shí)，還給出了連續(xù)導(dǎo)通模式和不連續(xù)導(dǎo)通模式下的典型波形，幫助工程師更好地了解電路在不同工作模式下的表現(xiàn)。

總結(jié)

AN - 2016 LM34919B 評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)全面的降壓調(diào)節(jié)器測(cè)試平臺(tái)。通過(guò)合理選擇組件和配置，可以滿(mǎn)足不同應(yīng)用對(duì)輸出紋波、效率等性能指標(biāo)的要求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體需求靈活調(diào)整電路參數(shù)，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)類(lèi)似評(píng)估板的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。