LM5035C評估板：高效半橋拓撲電源轉(zhuǎn)換器評測

在電源轉(zhuǎn)換設計領域，選擇合適的評估板對于工程師來說至關重要。今天我們就來深入了解一下基于半橋拓撲的LM5035C評估板，它為設計工程師提供了一個功能完備的電源轉(zhuǎn)換器，用于評估LM5035C控制器。

文件下載：LM5035CEVAL/NOPB.pdf

一、評估板簡介

1.1 基本信息

LM5035C評估板采用行業(yè)標準的四分之一磚尺寸，其核心是LM5035C控制器，它是LM5035B半橋PWM控制器的功能變體，SR控制信號幅度為5V，而非VCC電平。

1.2 性能參數(shù)

• 輸入范圍：36V - 75V
• 輸出電壓：3.3V
• 輸出電流：0 - 30A
• 效率：30A時效率達89%，15A時效率為92%
• 工作頻率：400kHz
• 尺寸：2.28 x 1.45 x 0.5英寸
• 負載調(diào)節(jié)率：0.2%
• 線性調(diào)節(jié)率：0.1%
• 欠壓鎖定：33.9V/31.9V（開/關）
• 過壓保護：79.4V/78.3V（關/開）
• 打嗝式限流

1.3 電路板設計

該評估板的印刷電路板為6層結(jié)構(gòu)，外層采用2盎司銅，內(nèi)層為3盎司銅，基于FR4材料，總厚度0.062英寸。設計可在<40°C、最小氣流200 CFM的條件下連續(xù)額定負載運行。

二、工作原理

2.1 半橋拓撲優(yōu)勢

基于半橋拓撲的電源轉(zhuǎn)換器在高達500瓦的應用中具有高效率和良好的功率處理能力。變壓器的工作使磁通量雙向擺動，能更好地利用磁芯。

2.2 與Buck拓撲的關系

半橋轉(zhuǎn)換器源自Buck拓撲家族，采用獨立的高壓（HO）和低壓（LO）調(diào)制功率開關，具有獨立的脈沖寬度定時。與其他拓撲的主要區(qū)別在于，半橋拓撲使用變壓器實現(xiàn)輸入/輸出接地隔離和升降壓功能。

2.3 工作過程

每個周期，主初級開關導通，在具有8匝的初級繞組上施加一半的輸入電壓。變壓器次級有2匝，實現(xiàn)4:1的降壓。對于3.3V的輸出電壓，初級開關的復合占空比（D）從約75%（低輸入電壓）到35%（高輸入電壓）變化。

2.4 同步整流

次級采用由LM5035C控制的同步整流。軟啟動期間，同步FET體二極管作為次級整流器，直到主變壓器為柵極驅(qū)動器供電。DLY電阻為同步FET編程非重疊定時，以提高效率并消除直通電流。同步FET控制信號通過數(shù)字隔離器跨隔離邊界傳輸。

2.5 反饋與控制

輸出反饋經(jīng)放大器和參考處理，產(chǎn)生誤差電壓，通過光耦合器反饋到初級側(cè)控制。LM5035C的COMP輸入大大增加了可實現(xiàn)的環(huán)路帶寬，通過保持光耦合器兩端電壓恒定來降低其電容效應。LM5035C電壓模式控制器用從線電壓導出的斜坡信號對誤差信號進行脈沖寬度調(diào)制，以減少對輸入電壓變化的響應時間，采用標準的“III型”網(wǎng)絡作為補償器。評估板可與420KHz - 500KHz的外部時鐘同步。

三、供電與負載注意事項

3.1 正確連接

在低輸入電壓下，評估板滿載時可吸取高達3.5A的電流，最大額定輸出電流為30A。連接電源和負載時，要選擇正確的連接器和線徑，同時監(jiān)測評估板的輸入輸出電流和輸出端電壓，因為負載連接線上的電壓降會影響測量準確性，特別是在精確測量效率時。

3.2 電源要求

評估板可視為恒定功率負載，低輸入電壓（36V）時輸入電流可達3.5A，高輸入電壓（75V）時約為1.5A。因此，測試該評估板需要至少85V、5A的直流電源，電源需具備電壓和電流調(diào)節(jié)功能，且電源和電纜對評估板呈現(xiàn)低阻抗，否則開機時的浪涌電流會導致電壓下降，引發(fā)振蕩。

3.3 負載選擇

合適的電子負載應能在最低1.0V下工作，最大負載電阻為0.11Ω。高輸出電流需要粗電纜，使用電阻組時要注意其功率和電流額定值要滿足30A、100W電源的要求，同時要隨時監(jiān)測電流和電壓，并確保負載有足夠的冷卻。

3.4 氣流要求

在評估板上提供指定的200 CFM氣流前，切勿進行滿功率加載，可配備獨立風扇。

3.5 上電操作

使用ON/OFF引腳（J2）可在低電流水平下啟動電源，首次上電時負載應保持較低。將電源的電流限制設置為負載功率的約1.5倍，斷開ON/OFF引腳與地（J1）的連接后，立即檢查輸出是否為3.3V。若電源的電流限制不足，會導致振蕩，影響評估板正常工作?？焖贆z查效率是確認評估板正常運行的最佳方法。

3.6 過流保護

評估板配置了打嗝式過流保護，輸出過載（約35A）時，會對軟啟動電容放電，禁用功率級，延遲后釋放軟啟動。軟啟動電容的關機、延遲和緩慢充電時間可保護評估板，特別是在短路時。

四、數(shù)字隔離器的應用

評估板中共有四處跨越隔離邊界，包括電源變壓器、兩個同步MOSFET的反饋和控制。通常光耦合器用于反饋信號隔離，但對于同步MOSFET柵極驅(qū)動，大多數(shù)光耦合器速度太慢，快速光耦合器成本又高。傳統(tǒng)上常用柵極驅(qū)動變壓器進行隔離，但存在不能通過直流、有電壓時間乘積限制、需要復位以及突然關斷時會導致輸出電壓非單調(diào)衰減等問題。而數(shù)字隔離器是CMOS器件，使用RF耦合器跨隔離屏障傳輸數(shù)字信息，隔離能力高達2500 VRMS，與光耦合器類似，但傳播延遲更低，且無伏秒限制。

五、性能特性

5.1 啟動波形

給LM5035C評估板上電時，軟啟動電容和其他組件使輸出電壓在短時間內(nèi)保持最小，直到反饋環(huán)路穩(wěn)定且無過沖。以48V輸入、5A負載為例，啟動時無過沖。

5.2 輸出紋波波形

負載從15A變?yōu)?2.5A時，輸出電壓的瞬態(tài)響應良好，輸出電壓的下降和過沖極小。在48V輸入、30A負載下，輸出端的典型輸出紋波如圖所示，該波形適用于大多數(shù)負載和輸入電壓情況。同時，還展示了不同輸入電壓和負載下Q1的漏極電壓以及同步整流器的柵極電壓波形。

六、應用電路與物料清單

6.1 應用電路

評估板的應用電路輸入范圍為36 - 75V，輸出為3.3V、30A。

6.2 物料清單

詳細列出了評估板所需的各種元器件，包括控制器、驅(qū)動器、運放、參考放大器、光耦合器、數(shù)字隔離器、電容、電阻、二極管、MOSFET、電感、變壓器等，以及它們的型號、數(shù)量和參考設計編號。

七、PCB布局

文檔提供了評估板PCB的各層布局圖，包括頂層、底層以及6個內(nèi)層的布局，為工程師了解評估板的電路布局和布線提供了直觀的參考。

綜上所述，LM5035C評估板憑借其高效的半橋拓撲、豐富的保護功能和良好的性能表現(xiàn)，為電源轉(zhuǎn)換設計工程師提供了一個可靠的評估平臺。在實際應用中，工程師需嚴格按照其供電和負載要求進行操作，充分發(fā)揮評估板的優(yōu)勢，設計出更優(yōu)質(zhì)的電源轉(zhuǎn)換方案。大家在使用過程中遇到過哪些類似評估板的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。