LM5008A評估板：助力電源設(shè)計(jì)的實(shí)用工具

在電子工程師的日常工作中，電源設(shè)計(jì)是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們就來深入了解一下TI公司的LM5008A評估板，看看它在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域能為我們帶來哪些便利。

文件下載：LM5008AEVAL/NOPB.pdf

1. 評估板概述

LM5008A評估板為設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)功能完備的降壓調(diào)節(jié)器，采用了恒定導(dǎo)通時(shí)間（COT）工作原理。它能夠在8V至75V的輸入電壓范圍內(nèi)提供5V的輸出電壓，最大負(fù)載電流可達(dá)300mA，電流限制標(biāo)稱值為440mA。以下是該評估板的詳細(xì)規(guī)格：

• 輸入電壓：8V - 75V
• 輸出電壓：5V
• 最大負(fù)載電流：300mA
• 最小負(fù)載電流：0A
• 電流限制：440mA（標(biāo)稱）
• 測量效率：92.4%（VIN = 8V，IOUT = 100mA）
• 標(biāo)稱開關(guān)頻率：130kHz
• 尺寸：2.6英寸 x 1.6英寸

2. 工作原理

參考評估板原理圖，當(dāng)電路處于穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，降壓開關(guān)每個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間由R1和VIN根據(jù)公式 (t{ON}=frac{V{IN}}{1.385times10^{-10}times R1}) 確定。導(dǎo)通時(shí)間范圍從VIN = 8V時(shí)的約4.85μs到VIN = 75V時(shí)的約517ns，并且導(dǎo)通時(shí)間與VIN成反比，以保持近乎恒定的開關(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)器確保降壓開關(guān)至少關(guān)斷300ns，在正常操作中，關(guān)斷時(shí)間要長得多。關(guān)斷期間，負(fù)載電流由輸出電容（C2）提供。當(dāng)輸出電壓下降到使FB引腳電壓低于2.5V時(shí)，穩(wěn)壓比較器啟動新的導(dǎo)通時(shí)間周期。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的固定頻率操作，F(xiàn)B引腳需要至少25mV的紋波來切換穩(wěn)壓比較器。電流限制閾值在Vin = 8V時(shí)約為470mA，在Vin = 75V時(shí)約為415mA。

3. 板布局與探測注意事項(xiàng)

• 散熱問題：在高輸入電壓和高負(fù)載電流下工作時(shí)，可能需要強(qiáng)制空氣流動，并且LM5008A和二極管D1可能會發(fā)熱，觸摸時(shí)需小心。
• 探測安全：在高輸入電壓下探測電路時(shí)要格外小心，防止受傷以及可能對電路造成損壞。
• 負(fù)載連接：在最大負(fù)載電流下，連接負(fù)載的電線尺寸和長度很重要，要確保評估板和負(fù)載之間的電線沒有明顯的電壓降。

4. 板連接與啟動

輸入連接到J1連接器，負(fù)載連接到J2（OUT）和J3（GND）端子。啟動前，應(yīng)在輸入和輸出端子連接電壓表，并使用電流表或電流探頭監(jiān)測負(fù)載電流。建議將輸入電壓逐漸增加到8V，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，但不要超過75V。

5. 輸出紋波控制

LM5008A的FB引腳需要至少25mVp - p的紋波，且與SW引腳的開關(guān)波形同相，以確保正常工作。這里提供了三種控制輸出紋波的方案：

5.1 低成本配置（Option A）

在這種配置中，R5與輸出電容（C2）串聯(lián)。由于FB引腳需要≥25mVp - p的紋波，已知該電路在最小VIN時(shí)的最小紋波電流約為66mAp - p，因此R5必須選擇能在VOUT產(chǎn)生≥50mVpp的電阻。使用0.82Ω的R5，VOUT的紋波在輸入電壓范圍內(nèi)從約54mVp - p到約135mVp - p。如果應(yīng)用可以接受這種紋波水平，這是最經(jīng)濟(jì)的解決方案。

5.2 中等紋波配置（Option B）

通過在R3上并聯(lián)一個(gè)電容（Cff），這種配置比Option A產(chǎn)生的VOUT紋波更小。由于輸出紋波通過Cff幾乎無衰減地傳遞到FB引腳，因此可以減小R5的值，使VOUT的最小紋波約為25mVp - p。Cff的最小值根據(jù)公式 (C{ff}=3times t{ON}(max)times(R3//R4)) 計(jì)算，其中 (t_{ON}(max)) 是最大導(dǎo)通時(shí)間（在最小VIN時(shí)），R3//R4是反饋電阻的并聯(lián)等效值。VOUT的紋波在輸入電壓范圍內(nèi)從26mVp - p到64mVp - p。

5.3 最小紋波配置（Option C）

為了獲得最小的VOUT紋波，將R5設(shè)置為0Ω，并添加RA、CA和CB來為FB引腳生成所需的紋波。在這種配置中，輸出紋波主要由輸出電容的特性和電感的紋波電流決定。通過特定的計(jì)算步驟選擇RA、CA和CB的值，使RA和CA的連接處產(chǎn)生50 - 100mVp - p的三角波，并通過CB耦合到FB引腳。VOUT的紋波通常小于10mVp - p。

6. 電流限制關(guān)斷時(shí)間

當(dāng)檢測到電流限制時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間周期立即終止，LM5008A強(qiáng)制的關(guān)斷時(shí)間必須大于最大正常關(guān)斷時(shí)間（在最大輸入電壓時(shí)出現(xiàn)）。較長的關(guān)斷時(shí)間是為了使電感電流至少減少到與導(dǎo)致電流限制檢測的導(dǎo)通期間電流增加量相同甚至更多。強(qiáng)制關(guān)斷時(shí)間由RCL引腳的電阻（R2）決定，計(jì)算公式為 (T{OFF}=frac{10^{-5}}{0.285+(V{FB}/6.35times10^{-6}times R2)}) ，其中VFB是電流限制檢測時(shí)FB引腳的電壓。在該評估板中，最大正常關(guān)斷時(shí)間約為7.2μs（在75V時(shí)），考慮到導(dǎo)通時(shí)間的25%公差，關(guān)斷時(shí)間公差也為25%，最大可能關(guān)斷時(shí)間為9μs。再考慮電流限制檢測電路的響應(yīng)時(shí)間（350ns），最大關(guān)斷時(shí)間增加到9.35μs，為了考慮公式中的公差，進(jìn)一步增加25%到11.7μs。使用上述公式，當(dāng)VFB = 2.5V時(shí)，R2計(jì)算為691kΩ，實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)值715kΩ電阻。

7. 監(jiān)測電感電流

可以使用電流探頭在示波器上監(jiān)測或查看電感電流。移除R6，并在R6所在的兩個(gè)大焊盤之間安裝一個(gè)合適的電流環(huán)，這樣可以準(zhǔn)確確定電感的紋波電流和峰值電流。

8. 示波器探頭適配器

評估板提供了示波器探頭適配器，用于監(jiān)測SW引腳和電路輸出（VOUT）的波形，避免使用探頭的接地引線拾取開關(guān)波形的噪聲。這些探頭適配器適用于Tektronix P6137或類似直徑為0.135英寸的探頭。

9. 電路性能與典型波形

文檔中給出了效率與負(fù)載電流、效率與輸入電壓、輸出電壓紋波、開關(guān)頻率與輸入電壓、電流限制與輸入電壓、線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)等性能曲線，以及連續(xù)導(dǎo)通模式和不連續(xù)導(dǎo)通模式下的典型波形。這些數(shù)據(jù)和波形對于工程師評估電路性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)非常有幫助。

10. PCB板布局

文檔還展示了評估板的絲印、頂層和底層布局圖，合理的PCB布局對于減少干擾、提高電路性能至關(guān)重要。

總的來說，LM5008A評估板為電源設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)全面的解決方案，通過詳細(xì)了解其工作原理、性能特點(diǎn)和使用方法，工程師們可以更好地利用這個(gè)工具進(jìn)行電源設(shè)計(jì)和優(yōu)化。大家在實(shí)際使用過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。