探索 LMZ1050xEXT 評估板：高效 DC - DC 電源解決方案

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源模塊的性能直接影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天，我們就來深入探討一下德州儀器（Texas Instruments）的 LMZ1050xEXT 評估板，看看它能為我們帶來哪些驚喜。

文件下載：LMZ10503EXTEVAL/NOPB.pdf

一、LMZ1050xEXT 電源模塊簡介

LMZ1050xEXT SIMPLE SWITCHER? 電源模塊是一款功能強大且易于使用的 DC - DC 解決方案。它能夠驅(qū)動高達 3A、4A 或 5A 的負載，同時具備出色的電源轉(zhuǎn)換效率、輸出電壓精度以及線路和負載調(diào)節(jié)能力。其采用的創(chuàng)新封裝不僅提升了熱性能，還支持手動或機器焊接，方便我們在不同的生產(chǎn)環(huán)境中使用。

該模塊的輸入電壓范圍為 2.95V 至 5.5V，可提供低至 0.8V 的可調(diào)且高精度輸出電壓。1MHz 的固定頻率 PWM 開關(guān)模式具有可預(yù)測的 EMI 特性。通過調(diào)整兩個外部補償組件，我們可以設(shè)置最快的響應(yīng)時間，并且可以選擇使用陶瓷和/或電解輸出電容。此外，外部可編程軟啟動電容有助于實現(xiàn)可控啟動。它還具備一系列保護功能，如無損逐周期峰值電流限制、熱關(guān)斷、輸入欠壓鎖定和預(yù)偏置啟動等，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了可靠保障。

二、評估板規(guī)格參數(shù)

1. 電氣參數(shù)

• 輸入電壓：(V_{IN}) 范圍為 2.95V 至 5.5V。
• 輸出電壓：默認輸出電壓設(shè)置為 (V{OUT}=2.5V)，其他輸出設(shè)置可參考相關(guān)表格。在 2.5V 輸出時，反饋電壓精度在 (T{J}=-55^{circ}C) 至 125°C 范圍內(nèi)為 ±2.5%，在整個溫度范圍內(nèi)為 ±1.63%。
• 輸出電流：(I_{OUT}) 范圍為 0A 至 3A、4A 或 5A。
• 熱阻參數(shù)：(theta{JA}=20^{circ}C/W)，(theta{JC}=1.9^{circ}C/W)。

2. 物理參數(shù)

評估板采用四層設(shè)計，頂層和底層為 1oz 銅，兩個內(nèi)層為 1/2oz 銅。尺寸為 2.25 英寸 x 2.25 英寸（5.8cm x 5.8cm），厚度為 62mil（0.062 英寸），采用 FR4 層壓板。

三、評估板設(shè)計理念

評估板的設(shè)計旨在展示輸入和輸出線上的低傳導(dǎo)噪聲。為此，板上安裝了四個輸入電容（(C{in1}-C{in4})）和三個輸出電容（(C{O1}-C{O3})）。不過，并非所有輸入和輸出濾波電容都是滿足輻射標準所必需的。如果需要一個符合輻射發(fā)射標準（EN55022，B 類）的電路示例，可以參考相關(guān)圖示。此外，(C_{in5}) 的存在是為了減少由于連接臺式電源和評估板的電纜中的電感和電阻以及輸入電容所產(chǎn)生的輸入線路諧振。

四、額外組件焊盤及使用說明

1. 跟蹤功能使用

當使用 LMZ1050xEXT 的跟蹤功能時，需要移除軟啟動電容 (C{ss})，并在指定的 (R{trkb}) 和 (R{trkt}) 上使用電阻分壓器。同時，板上提供了接地和 (V{trk}) 接口，方便連接。

2. 精確使能電路

評估板集成了一個精確使能電路，通過一個 100kΩ 的上拉電阻拉高到 (V{IN})。這樣，用戶可以將使能引腳拉低到地。頂部使能電阻為 (R{ent})，底部使能電阻為 (R_{enb})。詳細的設(shè)計實現(xiàn)可參考 LMZ1050xEXT 數(shù)據(jù)手冊的設(shè)計指南和操作說明部分。 在某些系統(tǒng)中，FPGA 會對特定上電序列指定輸入浪涌電流，或者需要對電源軌進行排序以避免啟動或鎖存問題。在多電源軌系統(tǒng)中，為防止 LMZ1050xEXT 過早開啟，精確使能和跟蹤功能在主輸入電壓軌上電上升時非常有用。

五、電路原理圖及物料清單

文檔中提供了評估板的組件電路原理圖和完整電路原理圖，同時還給出了不同條件下的物料清單。例如，在 (V{IN}=3.3V) 至 5V，(V{OUT}=2.5V) 的條件下，列出了各個組件的設(shè)計標識、描述、封裝尺寸、制造商、制造商型號和數(shù)量。這為我們進行電路搭建和調(diào)試提供了詳細的參考。

六、性能特性測試

1. 效率與負載電流關(guān)系

展示了 LMZ10504EXT 和 LMZ10505EXT 在 (V{OUT}=2.5V)，(T{AMB}=25^{circ}C) 條件下的效率與負載電流的關(guān)系曲線，幫助我們了解不同負載電流下模塊的效率表現(xiàn)。

2. 電流降額與環(huán)境溫度關(guān)系

給出了 LMZ10503EXT、LMZ10504EXT 和 LMZ10505EXT 在不同輸入電壓（(V{IN}=3.3V) 和 (V{IN}=5.0V)）和熱阻（(theta_{JA}=20^{circ}C/W)）條件下，電流降額與環(huán)境溫度的關(guān)系曲線。這對于我們在不同環(huán)境溫度下合理使用模塊、避免過熱有重要的指導(dǎo)意義。

3. 輸出電壓紋波和負載瞬態(tài)響應(yīng)

通過一系列圖示展示了不同輸入電壓、輸出電壓和輸出電流條件下的輸出電壓紋波和負載瞬態(tài)響應(yīng)情況。例如，在 (V{IN}=5V)，(V{OUT}=2.5V)，(I_{OUT}=3A)、4A 和 5A 時的輸出電壓紋波；以及在不同輸入電壓和負載電流變化范圍內(nèi)的負載瞬態(tài)響應(yīng)。這些測試結(jié)果有助于我們評估模塊在實際應(yīng)用中的性能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

七、符合標準的電路示例

文檔提供了一個符合 EN55022 類 B 輻射發(fā)射標準的電路示例，包括組件原理圖和物料清單。同時給出了不同輸出電流條件下的輻射發(fā)射測試結(jié)果圖示，這對于有輻射標準要求的應(yīng)用場景非常有幫助，我們可以直接參考該電路設(shè)計來滿足相關(guān)標準。

八、PCB 布局圖

最后，還給出了評估板的 PCB 布局圖，包括頂層、內(nèi)部層（接地）和底層。合理的 PCB 布局對于降低電磁干擾、提高電路性能至關(guān)重要，我們可以借鑒該布局設(shè)計來優(yōu)化自己的電源模塊 PCB 設(shè)計。

總之，LMZ1050xEXT 評估板為我們提供了一個全面的、高效的 DC - DC 電源解決方案。通過對其各項參數(shù)和性能的深入了解，我們可以更好地將其應(yīng)用到實際的電子設(shè)計項目中。大家在使用過程中有沒有遇到過類似電源模塊的設(shè)計難題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。