探秘LM5119評(píng)估板：雙輸出降壓轉(zhuǎn)換器的卓越性能與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子工程師的日常工作中，降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。而德州儀器（TI）的LM5119評(píng)估板，憑借其出色的性能和靈活的配置，為工程師們提供了一個(gè)理想的解決方案。今天，就讓我們一同深入探討LM5119評(píng)估板的相關(guān)特性、使用注意事項(xiàng)以及性能表現(xiàn)。

文件下載：LM5119EVAL/NOPB.pdf

評(píng)估板概述

LM5119評(píng)估板采用了LM5119雙仿真電流模式同步降壓控制器，為設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)功能完備的雙輸出降壓轉(zhuǎn)換器。該評(píng)估板可在14V至55V的輸入電壓范圍內(nèi)，提供10V和5V的雙輸出，同時(shí)也能輕松配置為單路10V、8A的調(diào)節(jié)器。

評(píng)估板性能參數(shù)

基本參數(shù)

• 輸入電壓范圍為14V至55V，輸出電壓分別為10V（CH1）和5V（CH2），輸出電流對(duì)應(yīng)為4A（CH1）和8A（CH2）。
• 標(biāo)稱開關(guān)頻率為230 KHz，支持同步降壓操作和二極管仿真模式。
• 具備打嗝模式過載保護(hù)功能，還支持外部VCC供電。

供電與負(fù)載注意事項(xiàng)

正確連接

輸入連接通過J1（VIN）和J2（RTN/GND）連接器，CH1負(fù)載連接到J3（OUT1+）和J4（OUT1-/GND），CH2負(fù)載連接到J6（OUT2+）和J5（OUT2-/GND）。在連接電源和負(fù)載時(shí)，務(wù)必選擇正確的連接器和合適的線徑。

電源要求

電源和電纜必須對(duì)評(píng)估板呈現(xiàn)低阻抗。若電纜不足或電源阻抗過高，在電源上電時(shí)，由于評(píng)估板的浪涌電流，會(huì)導(dǎo)致電壓下降；在下電時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。若電源的輸出電壓下降或過沖小于0.7V，則無需額外的外部大容量輸入電容。該評(píng)估板設(shè)計(jì)中，欠壓鎖定（UVLO）設(shè)置較為保守，而UVLO遲滯設(shè)置較為激進(jìn)。最小工作輸入電壓取決于電源的輸出電壓下降/過沖以及LM5119的強(qiáng)制關(guān)斷時(shí)間。

負(fù)載操作

使用電子負(fù)載時(shí)，強(qiáng)烈建議在輕負(fù)載下啟動(dòng)評(píng)估板，然后緩慢增加負(fù)載。若要在最大負(fù)載下啟動(dòng)，必須使用電阻排。一般來說，電子負(fù)載更適合監(jiān)測(cè)穩(wěn)態(tài)波形。

氣流要求

長(zhǎng)時(shí)間在高輸入電壓和滿功率下運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致MOSFET過熱，因此應(yīng)始終提供至少200LFM的風(fēng)扇。

快速啟動(dòng)步驟

1. 將電源電流限制設(shè)置為至少16A，將電源連接到J1和J2。
2. 在J3和J4之間連接一個(gè)4A容量的負(fù)載，在J6和J5之間連接一個(gè)8A容量的負(fù)載。
3. 將輸入電壓設(shè)置為24V并開啟電源。
4. 測(cè)量輸出電壓，CH1應(yīng)穩(wěn)定在10V，CH2應(yīng)穩(wěn)定在5V。
5. 緩慢增加負(fù)載電流，同時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓，輸出應(yīng)在達(dá)到滿載電流時(shí)保持穩(wěn)定。
6. 緩慢掃描輸入電壓從14V到55V，同時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓，輸出應(yīng)保持穩(wěn)定。

波形分析

軟啟動(dòng)

給評(píng)估板上電時(shí)，軟啟動(dòng)電容和其他組件使輸出電壓線性增加，且每個(gè)輸出的軟啟動(dòng)時(shí)間可獨(dú)立控制。在特定負(fù)載條件下（10V輸出接3Ω負(fù)載，5V輸出接1Ω負(fù)載），可觀察到輸出電壓在啟動(dòng)過程中的變化情況。

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

當(dāng)5V輸出的負(fù)載從2A變化到6A時(shí)，可觀察到輸出電壓的下降和過沖現(xiàn)象，這反映了評(píng)估板在負(fù)載突然變化時(shí)的響應(yīng)能力。

過載保護(hù)

評(píng)估板采用打嗝模式過載保護(hù)，重啟時(shí)間可通過C11編程設(shè)置。在CH2輸出短路的情況下，可看到打嗝模式的工作情況，且一個(gè)通道可正常工作，而另一個(gè)通道處于過載保護(hù)狀態(tài)。

外部時(shí)鐘同步

評(píng)估板上設(shè)有TP1（SYNC）測(cè)試點(diǎn)，可將內(nèi)部振蕩器與外部時(shí)鐘同步。每個(gè)通道的工作相位相差180°。

關(guān)機(jī)

當(dāng)UVLO引腳電壓小于1.26V時(shí)，開關(guān)停止工作，軟啟動(dòng)電容通過內(nèi)部開關(guān)放電。

性能特性

從效率曲線可以看出，電源轉(zhuǎn)換器在24V輸入、滿載電流時(shí)的效率可達(dá)96%。通過監(jiān)測(cè)評(píng)估板的輸入和輸出電流、電壓，可直觀了解其性能表現(xiàn)。

評(píng)估板配置

單路10V 8A輸出的交錯(cuò)降壓操作

評(píng)估板可輕松轉(zhuǎn)換為具備交錯(cuò)操作的10V、8A單輸出調(diào)節(jié)器。為避免CH1和CH2輸出之間的電壓差，建議將電子負(fù)載連接在短路棒的中心。要實(shí)現(xiàn)最大輸出電流為8A的單路10V輸出，需在R21和R22處安裝0Ω電阻，并斷開R6、C15和C14。用于測(cè)試交錯(cuò)操作的電子負(fù)載應(yīng)具備超過8A的能力。

外部VCC供電與VCC禁用

外部VCC供電有助于降低高輸入電壓下LM5119的溫度和功率損耗。通過安裝D3和D4，可從外部電源為VCC供電，使用TP3作為外部VCC電源的輸入，并設(shè)置0.1A的電流限制。當(dāng)外部VCC電壓小于7V時(shí)，應(yīng)正確選擇R36、R35和C45的值。為防止VCC通過內(nèi)部二極管向VIN反向電流，外部VCC電壓應(yīng)始終低于VIN。在該評(píng)估板中，VCC1和VCC2由10V輸出供電以實(shí)現(xiàn)高效率。

環(huán)路響應(yīng)測(cè)量

評(píng)估板上設(shè)有TP5和TP6（TP7和TP8）測(cè)試點(diǎn)，用于測(cè)量CH1（CH2）的環(huán)路傳輸函數(shù)。詳細(xì)信息可參考AN - 1889《如何測(cè)量電源的環(huán)路傳輸函數(shù)》（SNVA364）。

物料清單與PCB布局

文檔中還提供了詳細(xì)的物料清單（BOM），列出了各個(gè)元件的參數(shù)、封裝、型號(hào)和制造商。同時(shí)，展示了PCB布局的相關(guān)信息，這對(duì)于工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中具有重要的參考價(jià)值。

總之，LM5119評(píng)估板為電子工程師提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、配置靈活的降壓轉(zhuǎn)換器解決方案。通過深入了解其性能特點(diǎn)、使用方法和注意事項(xiàng)，工程師們能夠更加高效地進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)。大家在使用過程中是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。