LM5015 隔離式雙開關(guān) DC - DC 調(diào)節(jié)器評(píng)估板使用指南

在電子工程師的日常工作中，DC - DC 調(diào)節(jié)器是一個(gè)常見且關(guān)鍵的組件。今天我們來深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的 LM5015 隔離式雙開關(guān) DC - DC 調(diào)節(jié)器評(píng)估板，探討它的特點(diǎn)、使用方法以及性能表現(xiàn)。

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1. 評(píng)估板簡(jiǎn)介

LM5015 隔離式 DC - DC 調(diào)節(jié)器評(píng)估板是一款低成本且功能完備的 DC - DC 調(diào)節(jié)器，無需使用任何分立功率 MOSFET。它有兩種配置方式，既可以配置為隔離式雙開關(guān)正激 DC - DC 調(diào)節(jié)器，也可以配置為隔離式雙開關(guān)反激 DC - DC 調(diào)節(jié)器。工廠默認(rèn)配置為正激拓?fù)洌?a target="_blank">轉(zhuǎn)換器配置相比反激配置效率大約高 2%，輸出紋波電壓更低，而反激配置成本稍低。

評(píng)估板的主要特性如下：

• 輸入電壓：36V 至 72V
• 隔離輸出電壓：5V
• 輸出電流：最小 0A，標(biāo)稱 2.5A，最大 3A
• 輸入欠壓鎖定（UVLO）閾值：標(biāo)稱 34V
• 實(shí)測(cè)效率：在輸入電壓為 48V、輸出電流為 2.5A 時(shí)，效率為 86%
• 開關(guān)頻率：300 kHz
• 同步功能：能夠同步到外部時(shí)鐘
• 遠(yuǎn)程控制：可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制（啟用/禁用）
• 電路板：兩層 PCB 板，元件位于頂層
• 尺寸：2.5 英寸 x 3.5 英寸 x 0.63 英寸

2. 電路板連接與啟動(dòng)

2.1 連接方式

評(píng)估板的輸入連接到連接器 J1（高電位）和 J2（輸入返回），負(fù)載連接在連接器 J3（5V）和 J4（5V 返回）之間。需要注意的是，連接導(dǎo)線的尺寸要根據(jù)預(yù)期負(fù)載電流進(jìn)行合理選擇。

2.2 電源要求

建議使用能夠提供至少 75V 和 0.5A 的直流電源作為評(píng)估板的輸入電源。同時(shí)，利用直流電源的過壓和過流限制功能，防止因錯(cuò)誤連接而損壞電路板。

2.3 負(fù)載選擇

電阻性負(fù)載是最佳選擇，但合適的電子負(fù)載也是可以接受的。最大負(fù)載電流為 3A，若超過此電流，LM5015 將進(jìn)入逐周期峰值電流限制模式，輸出電壓將低于穩(wěn)壓的 5V。當(dāng)初級(jí)開關(guān)電流超過標(biāo)稱值 1.2A 時(shí)，電流限制模式將被觸發(fā)。

2.4 啟動(dòng)步驟

在首次上電時(shí)，負(fù)載應(yīng)保持在較低水平（<0.1A）。啟動(dòng)前，需將電壓表連接到輸入和輸出端子，用電流表或電流探頭監(jiān)測(cè)負(fù)載電流。建議逐漸增加輸入電壓。當(dāng)輸入電壓達(dá)到約 34V（評(píng)估板的欠壓鎖定閾值，由 R9 和 R10 預(yù)設(shè)）之前，應(yīng)無輸出電壓，且輸入電流應(yīng)低于 10 mA，否則應(yīng)立即斷開電源，檢查輸入極性是否接反。當(dāng)輸入電壓增加到 36V 時(shí)，輸出電壓應(yīng)穩(wěn)定在標(biāo)稱的 5V。若輸出正常，可逐漸將輸入電壓增加到最大 72V，在 36V 至 72V 的整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)，輸出電壓應(yīng)穩(wěn)壓在 5V ±1.5%。若輸出異常，需斷開電源并檢查連接是否正確。在完成正確設(shè)置后，可施加滿載，并建議進(jìn)行最終的效率檢查，若滿載時(shí)效率顯著低于 80%，則表明可能存在問題。

3. 正激調(diào)節(jié)器特性

3.1 同步功能

評(píng)估板可以同步到比其固有振蕩器頻率更快的外部時(shí)鐘，該振蕩器頻率是開關(guān)頻率 FSW 的兩倍。由于 LM5015 振蕩器使用了二分頻電路，實(shí)際開關(guān)頻率是由 R2 設(shè)置的振蕩器頻率的一半。評(píng)估板的開關(guān)頻率為 300 kHz，因此外部時(shí)鐘應(yīng)快于 600 kHz。外部時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)輸入到 SYNC 端口的鍍通孔，并以 AGND 節(jié)點(diǎn)為參考。具體的外部時(shí)鐘信號(hào)要求可參考 LM5015 數(shù)據(jù)手冊(cè)。

3.2 遠(yuǎn)程控制

評(píng)估板可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制以實(shí)現(xiàn)啟用和禁用功能。PC 板上的控制端口是專門用于 EN 節(jié)點(diǎn)的鍍通孔，遠(yuǎn)程控制信號(hào)應(yīng)以 AGND 節(jié)點(diǎn)為參考。詳細(xì)的遠(yuǎn)程控制信息可參考 LM5015 數(shù)據(jù)手冊(cè)。

4. 電路板布局與探測(cè)注意事項(xiàng)

在電路板通電時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 當(dāng)在高輸入電壓和/或高負(fù)載電流下運(yùn)行時(shí)，LM5015 以及二極管 D3 和 D4 會(huì)發(fā)熱，觸摸時(shí)需小心。
• 在高輸入電壓下探測(cè)電路時(shí)要格外謹(jǐn)慎，72V 的電壓足以產(chǎn)生電擊和火花。
• 在最大負(fù)載電流（3A）下，連接負(fù)載的導(dǎo)線尺寸和長(zhǎng)度非常重要，要確保導(dǎo)線上沒有顯著的電壓降。

5. 典型性能特性

5.1 效率表現(xiàn)

評(píng)估板在雙開關(guān)正激配置下的整體效率如圖 3 所示?？梢钥吹剑诓煌妮斎腚妷汉拓?fù)載電流下，效率會(huì)有所變化。

5.2 電壓波形

圖 4 展示了在滿載（2.5A）和中等輸入電壓（48V）下，開關(guān)節(jié)點(diǎn) HO 和 LO 的關(guān)鍵電壓波形。通過觀察這些波形，我們可以更深入地了解評(píng)估板的工作狀態(tài)。

5.3 紋波特性

圖 5 顯示了在滿載（2.5A）和中等輸入電壓（48V）下的輸入紋波電流和輸出紋波電壓。這對(duì)于評(píng)估電源的穩(wěn)定性和質(zhì)量非常重要。

6. 反激調(diào)節(jié)器配置

評(píng)估板還可以重新配置為隔離式雙開關(guān)反激 DC - DC 調(diào)節(jié)器，圖 6 展示了其原理圖。需要注意的是，在反激配置中，雙二極管 D3 僅使用了其高端，低端二極管在正常運(yùn)行時(shí)始終處于反向偏置狀態(tài)。

7. 物料清單（BOM）

文檔中給出了正激配置和反激配置的物料清單，包括各個(gè)元件的型號(hào)、描述和參數(shù)。在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)，這些信息非常重要。

總結(jié)

LM5015 隔離式雙開關(guān) DC - DC 調(diào)節(jié)器評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)方便、高效的平臺(tái)，用于測(cè)試和驗(yàn)證 DC - DC 調(diào)節(jié)器的性能。通過合理的配置和使用，它可以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。你在使用類似評(píng)估板時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。