探索LM2853評(píng)估板：高效電源設(shè)計(jì)的秘訣

在電子工程師的日常工作中，電源設(shè)計(jì)始終是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天，我們將深入探討TI公司的LM2853評(píng)估板，看看它如何為我們帶來高效、便捷的電源解決方案。

文件下載：LM2853-1.8EVAL.pdf

1. LM2853芯片簡(jiǎn)介

LM2853是一款同步降壓調(diào)節(jié)器，能向負(fù)載提供高達(dá)3A的電流。它的最大亮點(diǎn)在于易用性，內(nèi)置的3型補(bǔ)償電路減少了外部元件的使用，簡(jiǎn)化了元件選擇過程。該芯片可接受3.0V至5.5V的輸入電壓，輸出電壓在工廠預(yù)設(shè)為0.8V至3.3V，以100mV為增量進(jìn)行調(diào)節(jié)，標(biāo)稱開關(guān)頻率為550kHz。

2. LM2853評(píng)估板特點(diǎn)

評(píng)估板設(shè)計(jì)支持三種標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓選項(xiàng)（1.2V/1.8V/3.3V），采用相同的布局和外部元件。板上僅包含五個(gè)外部元件，整個(gè)3A電源在兩層PCB上僅占用1.2” x 0.82”的空間，同時(shí)不犧牲效率和性能。輸入電壓可在LM2853的整個(gè)工作范圍內(nèi)（3.0V至5.5V）變化，方便進(jìn)行測(cè)試。如果需要測(cè)試其他電壓選項(xiàng)，只需更換LM2853 IC即可。

3. 元件清單與選擇

3.1 輸入電容 (C{IN}) 和旁路電容 (C{BYP})

輸入電容的RMS電流額定值可通過公式 (IRMS = I{LOAD} sqrt{D(1 - D)}) 估算，其中 (D = frac{V{OUT}}{V_{IN}})。在3A滿載電流和50%占空比的情況下，(IRMS) 達(dá)到最大值。陶瓷電容具有小尺寸和大RMS電流額定值的特點(diǎn)，因此選用村田的47μF陶瓷電容，其RMS電流額定值為4.9A。為了改善負(fù)載調(diào)節(jié)和瞬態(tài)性能，在AVIN引腳附近添加了一個(gè)1μF的陶瓷電容，用于過濾電源上的高頻噪聲脈沖。

3.2 軟啟動(dòng)電容 (C_{SS})

軟啟動(dòng)電容的選擇旨在提供約3ms的軟啟動(dòng)時(shí)間。通過內(nèi)部450kΩ的軟啟動(dòng)電阻和2.2nF的外部軟啟動(dòng)電容，可計(jì)算出軟啟動(dòng)時(shí)間 (T{ss}=3 × C{ss} × R_{ss}=3 × 2.2 nF × 450 k Omega=2.97 ms approx 3 ms)。這樣的軟啟動(dòng)時(shí)間可確保LM2853在各種工作條件下都能平穩(wěn)啟動(dòng)，避免觸發(fā)過流保護(hù)。

3.3 輸出電感 (L{O}) 和輸出電容 (C{O})

輸出電感和電容的選擇相互關(guān)聯(lián)，它們會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸出電壓的特性。選用4.7μH的電感可確保在3.0V至5.5V的整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。電感電流紋波的幅度可通過公式 (Delta I{L}=frac{D timesleft(V{IN}-V{OUT }right)}{f{SW} × L{O}}) 計(jì)算。在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下，當(dāng) (V{IN}=5.5 ~V) ，(V_{OUT }=2.5 ~V) 時(shí)，電感電流紋波最大。為確保電感在正常工作條件下不會(huì)飽和，應(yīng)選擇飽和電流高于3.264A的電感，Coilcraft的DO3316P 4.7μH電感滿足這一要求。

輸出電容的ESR會(huì)影響輸出電壓紋波和環(huán)路的整體穩(wěn)定性。為了在所有工作條件下控制輸出電壓紋波，選擇ESR值為50mΩ的電容。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)建議，220μF的電容與4.7μH電感和50mΩ ESR配合使用，可確保系統(tǒng)在不同 (V{IN}) 和 (V{OUT}) 下的穩(wěn)定性。AVX的低ESR 6.3V鉭電容提供了必要的ESR和電容值，可穩(wěn)定環(huán)路并控制輸出電壓紋波。

4. PCB布局要點(diǎn)

LM2853演示板的PCB布局旨在盡可能減少板空間，同時(shí)遵循合理的布局準(zhǔn)則和技術(shù)。輸入電容 (C{IN}) 應(yīng)盡可能靠近PVIN引腳和PGND引腳，以減少 (C{IN}) 與LM2853之間的雜散電阻和電感。AVIN旁路電容應(yīng)靠近AVIN和SGND引腳。PGND和SGND在LM2853的外露焊盤處單點(diǎn)連接到接地平面。為了將熱量傳導(dǎo)到接地平面并遠(yuǎn)離LM2853，使用了一組過孔將外露焊盤連接到接地平面，而不是單個(gè)過孔。此外，感測(cè)引腳走線應(yīng)故意遠(yuǎn)離SW節(jié)點(diǎn)，以減少EMI干擾。

5. 總結(jié)

LM2853評(píng)估板為電子工程師提供了一個(gè)高效、便捷的電源設(shè)計(jì)解決方案。通過合理選擇元件和優(yōu)化PCB布局，我們可以充分發(fā)揮LM2853的性能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的電源供應(yīng)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是否遇到過類似的電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。