LM5017評估板：高效降壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計與應(yīng)用
LM5017評估板：高效降壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計與應(yīng)用
在電子設(shè)計領(lǐng)域，降壓調(diào)節(jié)器是一種常見且關(guān)鍵的電路模塊，它能將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的穩(wěn)定輸出電壓，滿足各種電子設(shè)備的供電需求。今天，我們就來深入探討一下TI的LM5017評估板，看看它在降壓調(diào)節(jié)方面的表現(xiàn)和應(yīng)用。
文件下載：LM5017EVAL/NOPB.pdf
一、評估板概述
LM5017評估板采用了恒定導(dǎo)通時間（COT）工作原理，為設(shè)計工程師提供了一個功能完備的降壓調(diào)節(jié)器。它能在12.5V至100V的輸入電壓范圍內(nèi)，提供10V的穩(wěn)定輸出電壓。下面是該評估板的主要規(guī)格參數(shù)：
- 輸入范圍：12.5V至95V，瞬態(tài)電壓最高可達(dá)100V（絕對最大值）
- 輸出電壓：10V
- 輸出電流：600mA
- 標(biāo)稱開關(guān)頻率：約200kHz
- 測量效率：在400mA負(fù)載電流且輸入電壓為24V時，效率可達(dá)92.4%
- 電路板尺寸：2.95英寸 x 1.8英寸
二、工作原理
導(dǎo)通時間控制
當(dāng)電路處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時，降壓開關(guān)每個周期的導(dǎo)通時間由R3和輸入電壓VIN決定，具體公式為[此處應(yīng)給出公式，但原文未明確寫出公式編號對應(yīng)的具體公式內(nèi)容]。該評估板的導(dǎo)通時間會隨著輸入電壓的變化而變化，輸入電壓為12V時，導(dǎo)通時間為5.56μs；輸入電壓為95V時，導(dǎo)通時間縮短至702ns，即導(dǎo)通時間與輸入電壓成反比。
開關(guān)周期
每個導(dǎo)通時間結(jié)束后，降壓開關(guān)至少保持144ns的關(guān)斷時間。在正常工作時，關(guān)斷時間通常要長得多。在關(guān)斷期間，負(fù)載電流由輸出電容C9提供。當(dāng)輸出電壓下降到使反饋引腳FB的電壓低于1.225V時，調(diào)節(jié)比較器會啟動一個新的導(dǎo)通時間周期。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的固定頻率運(yùn)行，反饋引腳FB處需要至少25mV的紋波來觸發(fā)調(diào)節(jié)比較器。如果想了解更詳細(xì)的功能框圖和各功能模塊的完整描述，可以參考《LM5017 100V, 600mA Constant On-Time Synchronous Buck Regulator Data Sheet (SNVS783)》。
三、欠壓鎖定（UVLO）
UVLO電阻（R5、R7）的選擇依據(jù)特定公式[此處應(yīng)給出公式，但原文未明確寫出公式編號對應(yīng)的具體公式內(nèi)容]。在該評估板中，R5 = 127kΩ，R7 = 14.0kΩ，這使得輸入電壓VIN在12V時觸發(fā)UVLO上升閾值，并且具有2.5V的遲滯電壓。
四、電路板連接與啟動
連接方式
輸入連接通過TP1（VIN）和TP2（GND）端子進(jìn)行，負(fù)載則連接到TP3（VOUT）和TP5（GND）端子。在連接時，要確保電線的規(guī)格能夠滿足預(yù)期的負(fù)載電流要求。
啟動步驟
啟動前，需要在輸入和輸出端子連接電壓表，同時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升高到12V，此時輸出電壓應(yīng)穩(wěn)定在10V。如果輸出電壓正確，就可以根據(jù)需要進(jìn)一步提高輸入電壓，開始對電路進(jìn)行評估。需要注意的是，輸入電壓VIN絕對不能超過100V。
五、物料清單（BOM）
| 該評估板的物料清單涵蓋了各種元件，包括同步開關(guān)調(diào)節(jié)器、電感、二極管、電容和電阻等。不同元件有不同的品牌和型號可供選擇，例如電感有Wurth、Bourns、Coilcraft等品牌的產(chǎn)品，二極管有Central Semi、NXP等品牌的產(chǎn)品。具體的元件信息如下表所示： | 項目 | 描述 | 制造商 | 部件編號 | 封裝 | 值 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | 同步開關(guān)調(diào)節(jié)器 | Texas Instruments | LM5017 | SO PowerPAD - 8 | 100V, 0.6A | |
| L1 | 電感 | Wurth | 7447714221 | 10mm x 10mm | 220μH, 1.2A | |
| 替代電感 | Bourns | SRR1260 - 221k | 12.5mm x 12.5mm | 220μH, 1.38A | ||
| 替代電感 | Coilcraft | MSS1246 - 224K | 12.3mm x 12.3mm | 220μH, 1.4A | ||
| D2 | 二極管 | Central Semi | CMMSH1 - 40 | SOD - 123F | 40V, 1A | |
| 替代二極管 | NXP | BAS40H, 115 | SOD123F | 40V, 120mA | ||
| C1 | 陶瓷電容 | Murata | GRM188R71C103KA01D | 0603 | 0.01μF, 16V, X7R | |
| C4 | 陶瓷電容 | Murata | GRM32ER72A225KA35L | 1210 | 2.2μF, 100V, X7R | |
| …… | …… | …… | …… | …… | …… |
六、紋波配置
| LM5017是一款COT降壓調(diào)節(jié)器，需要在反饋（FB）節(jié)點(diǎn)有足夠的紋波。常見的紋波生成方法有三種，該評估板默認(rèn)采用最小紋波配置（類型3），但也可以根據(jù)需要修改為類型1或類型2。具體的配置方式如下表所示： | 類型 | 描述 | 配置方式 |
|---|---|---|---|
| 類型1 | 最低成本配置 | R4、C6、C8開路，選擇合適的R2 | |
| 類型2 | 降低紋波配置 | R4開路，C6 = 0Ω，選擇合適的R2和C8 | |
| 類型3 | 最小紋波配置 | R2 = 0Ω，選擇合適的R4、C6和C8 |
七、性能曲線
評估板的性能曲線可以直觀地展示其在不同條件下的性能表現(xiàn)。文中給出了效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線、頻率與輸入電壓的關(guān)系曲線以及典型的開關(guān)波形圖（VIN = 48V，Iout = 200mA）。通過這些曲線，我們可以更好地了解評估板在不同工作條件下的效率、頻率等性能指標(biāo)。
八、PCB布局
評估板的PCB布局對其性能也有著重要的影響。文中給出了電路板的絲印圖、頂層和底層布局圖，合理的布局有助于減少電磁干擾，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。
在實(shí)際設(shè)計中，你是否遇到過類似降壓調(diào)節(jié)器的應(yīng)用場景？對于LM5017評估板的這些特性和配置，你認(rèn)為在哪些應(yīng)用中會發(fā)揮出最大的優(yōu)勢呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。
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