探索LM5160A/LM5160同步降壓調(diào)節(jié)器：評估模塊深度解析

引言

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。德州儀器（Texas Instruments）的LM5160A/LM5160同步降壓調(diào)節(jié)器IC憑借其出色的性能和廣泛的應(yīng)用場景，受到了眾多電子工程師的青睞。為了幫助設(shè)計師更好地評估其性能，德州儀器推出了LM5160DNTBKEVM評估模塊（EVM）。今天，我們就來深入了解一下這個評估模塊。

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背景知識

工作原理與特性

LM5160DNTBKEVM評估板采用恒定導(dǎo)通時間（COT）工作原理，構(gòu)建了一個功能完備的降壓調(diào)節(jié)器。它能夠在10V至60V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)1.5A。該電路的標(biāo)稱開關(guān)頻率約為300kHz，適用于低功耗、寬輸入電壓的應(yīng)用場景，且設(shè)計緊湊，為小尺寸降壓解決方案提供了可能。

規(guī)格參數(shù)

評估模塊的設(shè)置

輸入/輸出連接器說明

• J1（輸入）：作為轉(zhuǎn)換器的電源輸入端子，通過接線端子提供輸入電壓VIN（+）和接地（-）連接，方便用戶將評估模塊連接到電源。
• J2（輸出）：提供轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)壓輸出電壓，接線端子提供VOUT（+）和接地（-）連接，以便用戶將評估模塊連接到負(fù)載。
• TP1（EN）：允許用戶在降壓模式下遠(yuǎn)程關(guān)閉/啟動LM5160，但評估板上未安裝EN電路。
• TP2（SW）：用戶可連接示波器探頭，觀察轉(zhuǎn)換器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)。
• JP1（模式引腳）：用戶可通過它在強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）和不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）之間進(jìn)行選擇。

操作要點(diǎn)

為確保LM5160降壓轉(zhuǎn)換器正常工作，需逐漸增加施加在J1上的輸入電壓，且輸出（J2）上的負(fù)載不應(yīng)超過1.5A。評估板中使用的電感器L1經(jīng)過優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)小尺寸解決方案。電感器的飽和電流額定值（ISAT）應(yīng)高于LM5160集成高端FET的峰值電流限制閾值（最大2.875A）。

關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

• 開關(guān)頻率：可使用RON（評估板中的R3）電阻設(shè)置標(biāo)稱開關(guān)頻率，計算公式為(F{sw }=frac{V{OUT }}{R_{ON} × 1 × 10^{-10}} Hz)。
• 輸出電壓：通過評估板中的反饋分壓電阻R7（(R{FB 1})）和R6（(R{FB 2})）設(shè)置輸出電壓，計算公式為(frac{R{FB 2}}{R{FB 1}}=frac{V{OUT }}{V{REF }}-1)。
• 輸入欠壓鎖定閾值和遲滯：評估板中的EN/UVLO電阻R2（(R{UV 1})）和R1（(R{UV 2})）根據(jù)公式(V{IN, UVLO(ftsing) }=V{UNLO (TH)}left(1+frac{R{UV 2}}{R{UV 1}}right))和(N(HYS) =U V L O(HYS) × R_{U V 2})設(shè)置輸入欠壓鎖定閾值和遲滯。

FPWM模式選擇

電路板布局與原理圖

布局特點(diǎn)

評估板采用WSON - 12封裝，實(shí)現(xiàn)了緊湊的無引腳IC封裝降壓調(diào)節(jié)器解決方案。它是一個簡單的兩層板，在整個輸入電壓范圍內(nèi)，穩(wěn)定COT操作所需的必要反饋紋波電壓（VFB）由流經(jīng)電阻RESR（圖1中的R8）的電感電流產(chǎn)生，這是一種組件最少、成本最低的紋波配置。評估板上還有一些占位符（R7、C6和C7），可根據(jù)需要安裝以實(shí)現(xiàn)最小紋波注入網(wǎng)絡(luò)。若使用外部紋波配置，需將R8替換為0Ω（0805）電阻，并根據(jù)LM5160、LM5160A數(shù)據(jù)手冊（SNVSA03A）中Type 3紋波配置下的公式計算這些組件的值。

原理圖注意事項

當(dāng)使用LM5160時，圖1中D1的占位符在任何情況下都不應(yīng)安裝。在評估LM5160A時，設(shè)計師可使用相同的標(biāo)準(zhǔn)評估板，只需將LM5160 IC（如果已安裝）替換為LM5160A，無需更換或移除板上的其他組件。使用LM5160A IC時，設(shè)計師可設(shè)置9V至13V之間的其他標(biāo)稱輸出電壓（VOUT），以外部驅(qū)動VCC，提高效率。在這種情況下，可根據(jù)正確的電壓額定值適當(dāng)安裝D1占位符中的二極管。

物料清單

性能曲線

評估模塊提供了一系列性能曲線，包括負(fù)載調(diào)節(jié)、效率與輸出電流、效率與輸入電壓、300kHz時DCM與CCM的效率對比、無負(fù)載時不同輸入電壓和FPWM設(shè)置下的情況、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、啟動情況以及輸出短路情況等。這些曲線能夠幫助設(shè)計師全面了解LM5160A/LM5160在不同條件下的性能表現(xiàn)。

使用注意事項

適用范圍

評估模塊僅適用于產(chǎn)品或軟件開發(fā)人員在研發(fā)環(huán)境中對德州儀器半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)行可行性評估、實(shí)驗(yàn)或科學(xué)分析，不得直接或間接組裝在任何成品中，也不得用于消費(fèi)或家庭用途，禁止用戶將其用于商業(yè)目的銷售、再許可、租賃、出租、出借、轉(zhuǎn)讓或分發(fā)。

有限保修

德州儀器保證評估模塊在交付給用戶后的90天內(nèi)符合其公布的規(guī)格。但對于因非德州儀器原因（如疏忽、濫用、不當(dāng)安裝或測試、用戶設(shè)計問題等）導(dǎo)致的缺陷，德州儀器不承擔(dān)責(zé)任。若評估模塊不符合保修條件，德州儀器的唯一責(zé)任是選擇修復(fù)、更換或向用戶賬戶貸記相應(yīng)金額。

監(jiān)管通知

不同國家和地區(qū)對評估模塊有不同的監(jiān)管要求，如美國的FCC規(guī)定、加拿大的Industry Canada規(guī)定以及日本的相關(guān)無線電法規(guī)等。用戶在使用評估模塊時，需遵守當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)要求，以確保合法合規(guī)使用。

使用限制和警告

評估模塊不得用于功能安全和/或安全關(guān)鍵評估，包括但不限于生命支持應(yīng)用評估。用戶在處理或使用評估模塊前，必須閱讀并遵循德州儀器提供的用戶指南和其他相關(guān)文檔，包括其中的警告和限制通知。在操作評估模塊時，應(yīng)在德州儀器推薦的規(guī)格和環(huán)境條件下進(jìn)行，并采取合理的安全措施，避免超出規(guī)定的性能評級和規(guī)格，以免造成人身傷害、財產(chǎn)損失或設(shè)備損壞。

總之，LM5160DNTBKEVM評估模塊為電子工程師提供了一個全面評估LM5160A/LM5160同步降壓調(diào)節(jié)器性能的平臺。通過深入了解其工作原理、設(shè)置方法、布局特點(diǎn)、物料清單和性能曲線，設(shè)計師可以更好地將這些芯片應(yīng)用到實(shí)際項目中。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。