探索 LM5019 降壓評估板：設(shè)計與性能全解析

在電子工程師的日常工作中，評估板是驗證電路設(shè)計和性能的重要工具。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）的 LM5019 降壓評估板（AN - 2238），看看它有哪些特點和優(yōu)勢。

文件下載：LM5019EVAL/NOPB.pdf

評估板概述

LM5019 評估板為設(shè)計工程師提供了一個功能完備的降壓調(diào)節(jié)器，采用恒定導(dǎo)通時間（COT）工作原理。它可以在 12.5V 至 100V 的輸入范圍內(nèi)提供 10V 的輸出電壓，以下是該評估板的具體規(guī)格：

• 輸入范圍：12.5V 至 95V，瞬態(tài)可達 100V（絕對最大值）
• 輸出電壓：10V
• 輸出電流：100mA
• 標(biāo)稱開關(guān)頻率：~440kHz
• 測量效率：在 100mA 負載和 (V_{IN}=24V) 時為 85%
• 板尺寸：5.5cm x 4.5cm

工作原理剖析

導(dǎo)通時間計算

評估板的導(dǎo)通時間由 (R3) 和 (V{IN}) 決定，計算公式為 (T{ON}=frac{10^{-10} × R 3}{V{IN}})。其導(dǎo)通時間范圍從 (V{IN}=12V) 時的 5.56μs 到 (V_{IN}=95V) 時的 702ns，且導(dǎo)通時間與輸入電壓成反比。在每個導(dǎo)通時間結(jié)束后，降壓開關(guān)至少關(guān)斷 144ns，正常工作時關(guān)斷時間更長。關(guān)斷期間，負載電流由輸出電容（C9）提供。當(dāng)輸出電壓下降到使 FB 引腳電壓低于 1.225V 時，調(diào)節(jié)比較器會啟動一個新的導(dǎo)通時間周期。對于穩(wěn)定的固定頻率操作，F(xiàn)B 引腳需要至少 25mV 的紋波來切換調(diào)節(jié)比較器。更多詳細的框圖和功能塊描述可參考 LM5019 的數(shù)據(jù)手冊（SNVS788）。

欠壓鎖定（UVLO）

UVLO 電阻（R5，R7）的選擇使用以下兩個公式確定： [N( UVLO, rising) =1.225 V timesleft(frac{R{5}}{R{7}}+1right)] 在該評估板上，(R5 = 127kΩ)，(R7 = 14.0kΩ)，這使得 UVLO 上升閾值為 (V_{IN}=12V)，滯回電壓為 2.5V。

板連接與啟動步驟

輸入連接到 TP1（(V{IN})）和 TP2（GND）端子，負載連接到 TP3（(V{OUT})）和 TP5（GND）端子。要確保電線尺寸適合預(yù)期的負載電流。啟動前，應(yīng)在輸入和輸出端子連接電壓表，用電流表或電流探頭監(jiān)測負載電流。建議將輸入電壓逐漸增加到 12V，此時輸出電壓應(yīng)為 10V。若輸出電壓正確，可根據(jù)需要增加輸入電壓并繼續(xù)評估電路，但切勿使 (V_{IN}) 超過 100V。同時要注意，不要在無人看管時為評估板通電。

紋波配置說明

LM5019 是一款恒定導(dǎo)通時間（COT）降壓轉(zhuǎn)換器，需要在反饋（FB）節(jié)點有足夠的紋波。表 2 展示了三種常用的紋波生成方法，該評估板采用了降低紋波配置（類型 2）。如需了解更多紋波配置信息，可參考 LM5019 數(shù)據(jù)手冊。

性能曲線分析

效率與負載電流關(guān)系

從“效率 vs 負載電流”曲線（圖 3）可以直觀地看到不同輸入電壓（如 (V{IN}=13V)、(V{IN}=24V)、(V_{IN}=48V)）下，效率隨負載電流的變化情況。在實際設(shè)計中，我們可以根據(jù)這個曲線來選擇合適的輸入電壓和負載電流范圍，以達到最佳的效率。

頻率與輸入電壓關(guān)系

“頻率 vs 輸入電壓”曲線（圖 4）展示了開關(guān)頻率與輸入電壓之間的關(guān)系，這對于我們理解評估板在不同輸入電壓下的工作頻率特性非常有幫助。

典型開關(guān)波形

圖 5 給出了 (V{IN}=48V)，(I{out}=100mA) 時的典型開關(guān)波形，通過觀察這個波形，我們可以分析評估板的開關(guān)特性，如開關(guān)時間、電壓尖峰等。

PCB 布局展示

文檔中提供了評估板的絲印圖、頂層和底層布局圖（圖 6 - 圖 8）。合理的 PCB 布局對于評估板的性能至關(guān)重要，它可以減少噪聲、提高電磁兼容性等。作為工程師，我們可以從這些布局圖中學(xué)習(xí)到如何進行優(yōu)化的 PCB 設(shè)計。

注意事項與免責(zé)聲明

德州儀器明確表示所提供的技術(shù)和可靠性數(shù)據(jù)、設(shè)計資源等“按原樣”提供，不承擔(dān)任何明示或暗示的保證責(zé)任。工程師在使用這些資源時，需要自行負責(zé)選擇合適的 TI 產(chǎn)品、設(shè)計和測試應(yīng)用，并確保應(yīng)用符合相關(guān)標(biāo)準和安全要求。

總的來說，LM5019 降壓評估板是一款功能強大、性能穩(wěn)定的評估工具。通過對其工作原理、連接方式、紋波配置、性能曲線和 PCB 布局的深入了解，我們可以更好地利用它來進行電路設(shè)計和性能驗證。大家在使用過程中有沒有遇到什么有趣的問題或者有新的發(fā)現(xiàn)呢？歡迎交流分享。