深入剖析LM3687評估板：高效電源轉換解決方案

在電子設計領域，電源管理是至關重要的一環(huán)。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的LM3687評估板，它為我們提供了一個獨立評估LM3687電氣性能的平臺。

文件下載：LM3687TL-1812EV.pdf

評估板概述

LM3687評估板是為獨立評估LM3687的電氣性能而設計的。每個評估板在工廠進行了預組裝和測試，確保其質量和性能。評估套件有LM3687TL - 1812EV和LM3687TL - 1815EV兩種選項。若需要其他電壓選項，可從TI網(wǎng)站的LM3687產(chǎn)品文件夾中訂購相關設備。

評估板包含LM3687芯片、一個電感器以及連接到地的輸入和輸出電容器。對于設備電氣特性和組件選擇的更多信息，可參考《LM3687 Step - Down DC - DC Converter with Integrated Low Dropout Regulator and Startup Mode (SNVS473)》。

LM3687芯片特性

功能特性

LM3687是一款高效同步降壓DC - DC轉換器，集成了低壓差線性穩(wěn)壓器，專為單節(jié)鋰離子電池或3節(jié)鎳氫/鎳鎘電池為超低電壓電路供電而優(yōu)化。它提供雙輸出，具有固定輸出電壓，在后調節(jié)模式下組合負載電流可達750mA，在獨立模式下可達1100mA。

輸入電壓范圍

LM3687能夠在輸入電壓范圍為2.7V（ (2.7 ~V ≤V{BATT } ≤5.5 ~V) ）和 (0.7 ~V ≤V{IN_LIN } ≤4.5 ~V) 下工作。同時，它還具備針對短路和過溫情況的內部保護功能。

后調節(jié)應用優(yōu)勢

在評估板的典型后調節(jié)應用中，DC - DC轉換器的輸出電壓用作線性穩(wěn)壓器的電源（ (V_{OUTDCDC }=V{INLIN }) ）。與使用電池電壓 (V{BATT }) 作為線性穩(wěn)壓器的電源（ (V_{IN_LIN }) ）相比，這種方式可以實現(xiàn)更高的效率和更低的系統(tǒng)功耗。

對于兩種可用的評估套件選項，DC - DC轉換器的輸出電壓均為1.8V，足以作為兩種線性穩(wěn)壓器輸出電壓選項的電源。為了使設備在工作條件下運行， (V{BATT }) 應至少比線性穩(wěn)壓器的輸出電壓（ (V{OUTLIN }) ）高1.5V，比DC - DC轉換器的輸出電壓（ (V{OUTDCDC }) ）高1.0V（最小值為2.7V）。例如，對于1.8V - 1.2V的組合，最小 (V{BATT }=2.8 ~V) ；對于1.8V - 1.5V的組合，最小 (V_{BATT }=3.0V) 。

評估板設計要點

輸入連接

輸入連接應保持較短（ (<20 ~cm) ），以最小化輸入電感并確保最佳瞬態(tài)性能。將連接電源的電線絞合在一起是減少電感的良好做法。

輸出控制

評估板通過施加到使能引腳 (V_{EN_DCDC}) 和 (EN_LIN) 的邏輯信號來控制LM3687的輸出。為了簡化輸出使能操作，板上提供了兩個“三針跳線”：J5用于使能DC - DC轉換器，J6用于使能線性穩(wěn)壓器。兩個跳線的中間引腳直接連接到設備的相應使能引腳?？梢詫⒆钚?.0V的邏輯信號連接到中間跳線引腳以啟用輸出，或將最大為0.4V的邏輯信號連接到該引腳以禁用輸出。此外，中間引腳也可以短路到其左側（標記為ON，短路到 (BATT) ）或右側的引腳。

負載能力與連接

負載限制

如果線性穩(wěn)壓器的輸出沒有施加額外負載，則從 (V_{OUTDCDC}) 引腳到地可連接最大750mA的負載。對于 (V{OUTLIN}) ，最大負載為350mA。在典型的后調節(jié)應用中，線性穩(wěn)壓器的負載由DC - DC轉換器提供，因此組合最大負載條件為： (V{OUTLIN}) 處為350mA， (V{OUT_DCDC}) 處為400mA。

連接用途

評估板頂部印有輸出電壓選項（1812或1815）?！?a target="_blank">連接器”J1、J2、J3和J4代表通往 (OUT_DCDC) 、 (INLIN) 、 (V{BATT }) 和 (OUT_LIN) 的“感測路徑”，可用于更精確的電壓測量或連接差分探頭。

獨立操作

如果需要使兩個穩(wěn)壓器獨立于后調節(jié)模式運行，可以通過切斷JP1處兩個焊盤之間的走線來移除 (OUT_DCDC) 到 (INLIN) 的連接。然后需要將外部電源連接到 (V{INLIN}) 。 (V{BATT }) 仍然是線性穩(wěn)壓器所需的，它為內部電路供電。需要注意的是， (V_{INLIN}) 任何時候都不能超過 (V{BATT }) 。如果該電源路徑中沒有其他濾波旁路電容，則需要在 (V_{IN_LIN}) 處添加一個1.0μF的輸入電容。

引腳說明與使能組合

引腳描述

使能組合

需要注意的是，在啟動模式下， (INLIN) 必須高于 (V{OUTLINNOM }+200 mV) 才能啟用主穩(wěn)壓器（ (I{MAX }=350 ~mA) ）。如果 (V_{INLIN } < V{OUTLIN(NOM)} + 100mV) （100mV遲滯），則啟動LDO（ (I{MAX }=50 ~mA) ）將被激活，由 (BATT) 供電。例如，在典型的后調節(jié)應用中，LDO將保持在啟動模式，直到DC - DC轉換器提升其輸出電壓。

物料清單

應用提示：功耗與設備操作

功耗計算

任何封裝的允許功耗是衡量設備將熱量從電源（IC的結）傳遞到最終散熱器（周圍環(huán)境）的能力的指標。因此，功耗取決于環(huán)境溫度以及管芯與周圍空氣之間各種界面的熱阻。

設備在給定封裝中的允許功耗可以使用以下公式計算： [P{D{-} SYS }=left(T{J | MAX }-T{A}right) / theta_{J A}]

對于LM3687，系統(tǒng)功耗（ (P_{Dsys }) ）主要有兩個來源：DC - DC轉換器（ (P{D{-} DCDC }) ）和線性穩(wěn)壓器（ (P{DLIN }) ）。在忽略開關損耗和靜態(tài)電流的情況下，這兩個主要貢獻者可以通過以下公式估算： [P{D{-} DCDC}=I{OUTDCDC}^{2} timesleft[left(R{D S O N(P)} × Dright)+left(R{D S O N(N)} times(1-D)right)right]] 其中，占空比 (D = V{OUTDCDC } / V{BATT }) 。

示例分析

假設在典型的后調節(jié)應用中，將 (V{BATT }=3.6 ~V) 轉換為 (V{OUTDCDC }=1.8 ~V) ，再進一步轉換為 (V{OUTLIN }=1.5 ~V) ，在最大負載電流下，計算得到 (P{D_{-} DCDC }=(0.75 A)^{2} times(0.38 Omega × 1.8 V / 3.6 V+0.25 Omega times(1-1.8 V / 3.6 V))=177 mW) 。

對于DSBGA 9封裝， (theta{JA}=70^{circ} C / W) ，這種情況下 (P{Dsys }) 將導致結溫 (T{J}) 升高： [Delta T{J}=P{D{S Y S}} × theta{J A}=20 K]

如果線性穩(wěn)壓器由 (V{BATT }) 偏置，在相同條件下， (P{DLIN }) 為735mW， (P{D{-} DCDC }=50 ~mW) （因為 (I{OUTDCDC }=400 ~mA) ），結溫升高 (Delta T{J}=55 ~K) 。由此可見，后調節(jié)設置具有更低的總功耗，從而實現(xiàn)更高的效率。

總結

LM3687評估板為工程師提供了一個全面評估LM3687電源管理芯片性能的平臺。通過合理的設計和應用，我們可以充分發(fā)揮其高效、穩(wěn)定的電源轉換能力，滿足不同電子設備的電源需求。在實際應用中，工程師們需要根據(jù)具體的設計要求和工作條件，綜合考慮各種因素，以實現(xiàn)最佳的電源管理解決方案。你在使用類似評估板時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。