LMR70503 反相降壓 - 升壓轉換器：小尺寸大能量

在電子設計領域，對于電源管理芯片的追求往往是在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源轉換。德州儀器（Texas Instruments）的 LMR70503 反相降壓 - 升壓轉換器就是這樣一款極具特色的產(chǎn)品。今天，我們就來深入了解一下 LMR70503 以及其演示板的相關特性。

文件下載：LMR70503EVM/NOPB.pdf

一、LMR70503 芯片特性

1. 小巧封裝

LMR70503 采用了超小的 8 凸點 DSBGA 封裝（0.84 mm × 1.615 mm × 0.6 mm），這使得它在對空間要求極高的設計中具有很大的優(yōu)勢。想象一下，在一塊小小的 PCB 板上，它能夠輕松布局，為其他元件騰出更多的空間。

2. 寬輸入輸出范圍

輸入電壓范圍為 2.8 V 至 5.5 V，輸出電壓可在 -0.9 V 至 -5.5 V 之間調(diào)節(jié)。這種寬范圍的設計使得它能夠適應多種不同的電源和負載需求。例如，在一些需要負電壓供電的電路中，LMR70503 可以靈活地提供合適的電壓。

3. 高性能指標

• 開關電流限制：具有 320 mA 的開關電流限制，能夠保證在一定負載下的穩(wěn)定工作。
• 最低開關頻率：最低開關頻率限制為 500 kHz，有效避免了音頻頻率干擾其他系統(tǒng)，這在對音頻敏感的應用中尤為重要。
• 無需外部補償：內(nèi)置軟啟動、峰值電流限制、最低開關頻率限制和欠壓鎖定（UVLO）等功能，且無需外部補償，大大簡化了設計過程。

4. 易于使用的使能引腳

使能（EN）引腳參考 IC 地，而不是負輸出電壓，方便用戶從外部電壓軌輕松對其進行排序，或者手動設置輸入欠壓鎖定閾值。

二、輸出電壓選擇

LMR70503 演示板通過 J1 可以選擇五種輸出電壓。默認設置為 J1 開路，輸出電壓為 -5.0 V，由電阻分壓器 R1 和 (R{t}) 設置。其計算公式為： [V{OUT }=-V{REF }^{*} R 1 / R{t}] 當 J1 的四個位置之一連接時，該位置與 (V{OUT }) 之間連接的電阻與 R1 并聯(lián)，從而提供更低幅值的輸出電壓，可選擇 -3.3 V、 -2.5 V、 -1.5 V 和 -0.9 V。如果需要其他輸出電壓值，可以通過更換 R1 并保持 J1 開路來實現(xiàn)，計算公式為： [R 1=R{t}^{*}left|V{OUT }right| / V{REF}] 其中 (V{REF}) 通常為 1.19 V，(R{t}) 為 100 kΩ，(R_{t}) 可在 20 kΩ 至 100 kΩ 之間選擇。

三、工作原理與特性

1. 獨特的控制方法

LMR70503 控制器采用了獨特的峰值電流模式控制方法，并具有最低開關頻率限制。在輕載時，開關頻率會隨著負載電流的減小而降低，但為了避免進入音頻頻率范圍，最低開關頻率被限制在 500 kHz。當開關頻率降至最低時，會降低電感電流限制來維持穩(wěn)壓。

2. 使能與禁用

使能引腳（EN）和相關比較器允許用戶從外部電壓軌輕松對 LMR70503 進行排序，或者手動設置輸入欠壓鎖定閾值。需要注意的是，在使能輸入被斷言之前，VIN 引腳必須存在有效輸入電壓（2.8 V ≤ (V{IN}) ≤ 5.5 V），并且 EN 引腳的電壓必須始終小于 (V{IN})。

3. 電感和二極管選擇

演示板上選擇的電感和二極管針對極小的整體解決方案尺寸進行了優(yōu)化。如果尺寸限制允許，使用更大尺寸的電感和二極管可以提高整體效率。

4. 軟啟動和軟關斷

軟啟動動作與最大峰值電流限制和最小關斷時間相關。啟動時，電感電流上升到最大峰值電流限制，然后高端開關關斷 (T_{OFF-MIN}) 時間，讓電感電流對輸出電容充電。輸出電壓達到穩(wěn)壓水平后，LMR70503 將進入穩(wěn)態(tài)運行。關機時，LMR70503 具有輸出電壓放電功能，可將輸出電壓降至零伏。

四、快速設置步驟

1. 連接電源

將電源連接到 VIN 端子。

2. 連接負載

將負載連接到 VOUT 端子。

3. 使能設置

EN 端子在正常操作時可以懸空，也可以連接到外部信號進行排序。

4. 電壓檢查

設置 (V{IN}=5 V)，在無負載情況下，用電壓表檢查 (V{OUT })，標稱值為 -5 V。

5. 負載測試

施加 50 mA 負載，再次檢查 (V_{OUT })，標稱值仍為 -5 V。

五、演示板布局與特性

1. 邊緣連接器

邊緣連接器的頂側連接到 LMR70503 演示板的電源走線，底側為信號引腳。VINS、VOUTS 和 GNDS 引腳分別用于 (V{IN})、(V{OUT}) 和地的感應，通過靠近 IC 的網(wǎng)絡連接到電源網(wǎng)絡，可用于更準確的效率測量。

2. 四層板設計

演示板為四層板，有兩個內(nèi)部接地層。其頂層和底層的布局設計合理，有助于提高電路的穩(wěn)定性和性能。

六、典型性能特性

在典型測試條件下（(V{IN}=3.3 V)，(V{OUT }=-5.0 V)，(V{EN}=1.8 V)，(C{IN}=10 μF)，(C{OUT }=2 ×22 mu F)，(L=6.8 mu H)，(T{AMBIENT }=25^{circ} C)），LMR70503 表現(xiàn)出了良好的性能。通過觀察典型開關波形，可以進一步了解其在不同負載下的工作情況。

總的來說，LMR70503 以其小巧的封裝、寬范圍的輸入輸出電壓、高性能的指標以及易于使用的特性，為電子工程師在電源設計方面提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應用中，我們可以根據(jù)具體需求靈活選擇輸出電壓，合理設置使能和負載，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用 LMR70503 時，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨特的應用場景呢？歡迎在評論區(qū)分享。