探索LM5015非隔離雙開關DC - DC調節(jié)器評估板

在電子工程師的日常工作中，DC - DC調節(jié)器評估板是電源設計領域的重要工具。今天，我們就來深入探討一下TI（德州儀器）的LM5015非隔離雙開關DC - DC調節(jié)器評估板。

文件下載：LM5015NISOEVAL.pdf

評估板概述

LM5015非隔離DC - DC調節(jié)器評估板無需任何分立功率MOSFET，就能提供低成本且功能完備的DC - DC調節(jié)方案。它有兩種配置模式，既可以作為非隔離雙開關正激DC - DC調節(jié)器，也能配置為雙開關反激DC - DC調節(jié)器。工廠默認配置為正激拓撲，正激配置相比反激配置效率約高2%，輸出紋波電壓更低，不過反激配置成本稍低。

評估板的主要特性如下：

• 輸入電壓：36V至72V
• 輸出電壓：5V
• 輸出電流：最小0A，標稱2.5A，最大3A
• 輸入欠壓鎖定（UVLO）閾值：標稱34V
• 實測效率：當輸入電壓為48V，輸出電流為2.5A時，效率達86%
• 開關頻率：300kHz
• 同步能力：能夠與外部時鐘同步
• 遠程控制：可進行遠程控制（啟用/禁用）
• 電路板設計：雙層PCB板，元件位于頂層
• 可配置性：可配置為正激（工廠默認）或反激調節(jié)器
• 尺寸：2.5英寸 x 3.5英寸 x 0.63英寸

評估板連接與啟動

連接方式

評估板的輸入連接到連接器J1（高電位）和J2（輸入返回），負載連接在連接器J3（5V）和J4（5V返回）之間。要確保連接負載的電線尺寸適合預期的負載電流。

電源要求

建議使用至少75V、0.5A的直流電源作為評估板的輸入電源，同時利用直流電源的過壓和過流限制功能，防止因錯誤連接損壞評估板。

負載選擇

電阻性負載是最佳選擇，但合適的電子負載也可接受。最大負載電流為3A，超過此電流會使LM5015進入逐周期峰值電流限制模式，輸出電壓將低于穩(wěn)壓的5V。當初級開關電流超過標稱值1.2A時，電流限制模式就會觸發(fā)。

啟動步驟

首次上電時，負載應保持較低水平，例如小于0.1A。啟動前，需將電壓表連接到輸入和輸出端子，用電流表或電流探頭監(jiān)測負載電流。建議逐漸增加輸入電壓。在輸入電壓達到約34V（評估板的欠壓鎖定閾值，由R9和R10預設）之前，應無輸出電壓，輸入電流應低于10mA，否則應立即斷電并檢查輸入極性是否接反。當輸入電壓升至36V時，輸出電壓應穩(wěn)定在標稱的5V。若正常，可將輸入電壓逐漸增加到最大72V，在36V至72V的整個輸入電壓范圍內，輸出電壓應穩(wěn)定在5V ±1.5%。若不正常，需斷電檢查連接是否正確。正確設置完成后，可施加滿載，并建議進行最終效率檢查，滿載效率顯著低于80%則表明存在問題。

正激調節(jié)器特性

同步功能

評估板可與頻率高于其固有振蕩器頻率（為開關頻率(F_{SW})的兩倍）的外部時鐘同步。由于LM5015振蕩器采用二分頻電路，實際開關頻率是由R2設置的振蕩器頻率的一半。評估板的開關頻率為300kHz，因此外部時鐘頻率應高于600kHz。外部時鐘信號應輸入到SYNC端口的鍍通孔，并以AGND節(jié)點為參考。關于成功同步所需的外部時鐘信號要求，可參考LM5015高壓單片雙開關正激DC - DC調節(jié)器數(shù)據(jù)手冊（SNVS538）。

遠程控制

評估板可進行遠程啟用和禁用控制。PCB板上的控制端口是專門用于EN節(jié)點的鍍通孔，遠程控制信號應以AGND節(jié)點為參考。詳細的遠程控制信息可查閱上述數(shù)據(jù)手冊。

電路原理

默認配置的雙開關正激DC - DC調節(jié)器中，兩個MOSFET開關集成在LM5015中，無需使用分立功率MOSFET。T1的4腳和5腳之間的變壓器繞組用于為LM5015產(chǎn)生10V的Vcc，從而在正常運行時阻斷內部LDO調節(jié)器，提高效率。

性能特點與布局注意事項

性能特點

從典型性能特性來看，評估板在雙開關正激配置下的整體效率表現(xiàn)良好。在滿載（2.5A）和中等輸入電壓（48V）條件下，開關節(jié)點HO和LO的關鍵電壓波形也呈現(xiàn)出穩(wěn)定的狀態(tài)。同時，輸入紋波電流和輸出紋波電壓在相同條件下也有相應的表現(xiàn)。

布局注意事項

在高輸入電壓和/或高負載電流運行時，LM5015以及二極管D3和D4會發(fā)熱，操作時需謹慎。在高輸入電壓下探測電路時要格外小心，72V的電壓足以產(chǎn)生電擊和火花。在最大負載電流（3A）時，連接負載的電線尺寸和長度很重要，要確保電線不會產(chǎn)生顯著的電壓降。

反激調節(jié)器配置

評估板可重新配置為非隔離雙開關反激DC - DC調節(jié)器，其原理圖如圖6所示。需要注意的是，此處使用雙二極管D3是因為PCB板上的D3焊盤。在反激配置中，僅使用雙二極管D3的高端，低端二極管在正常運行時始終處于反向偏置狀態(tài)。配置為反激調節(jié)器時，部分物料清單（BOM）需要更改，如更換二極管D4、移除D5、更換電感L1和L2以及變壓器T1等。

物料清單

評估板的物料清單詳細列出了正激和反激兩種配置下所需的元件，包括電容、二極管、電阻、電感、變壓器和集成電路等。工程師在使用評估板時，可根據(jù)實際需求和配置選擇合適的元件。

TI的LM5015非隔離雙開關DC - DC調節(jié)器評估板為工程師提供了一個靈活且高效的電源設計平臺。無論是正激還是反激配置，都能滿足不同應用場景的需求。在實際使用過程中，工程師需要嚴格按照操作步驟進行連接和啟動，同時注意布局和性能特點，以確保評估板的正常運行和最佳性能。大家在使用這款評估板的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。