探索LM5015非隔離雙開關(guān)DC - DC調(diào)節(jié)器評(píng)估板

在電子工程師的日常工作中，DC - DC調(diào)節(jié)器評(píng)估板是電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要工具。今天，我們就來深入探討一下TI（德州儀器）的LM5015非隔離雙開關(guān)DC - DC調(diào)節(jié)器評(píng)估板。

文件下載：LM5015NISOEVAL.pdf

評(píng)估板概述

LM5015非隔離DC - DC調(diào)節(jié)器評(píng)估板無需任何分立功率MOSFET，就能提供低成本且功能完備的DC - DC調(diào)節(jié)方案。它有兩種配置模式，既可以作為非隔離雙開關(guān)正激DC - DC調(diào)節(jié)器，也能配置為雙開關(guān)反激DC - DC調(diào)節(jié)器。工廠默認(rèn)配置為正激拓?fù)洌づ渲孟啾确醇づ渲眯始s高2%，輸出紋波電壓更低，不過反激配置成本稍低。

評(píng)估板的主要特性如下：

• 輸入電壓：36V至72V
• 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：當(dāng)輸入電壓為48V，輸出電流為2.5A時(shí)，效率達(dá)86%
• 開關(guān)頻率：300kHz
• 同步能力：能夠與外部時(shí)鐘同步
• 遠(yuǎn)程控制：可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制（啟用/禁用）
• 電路板設(shè)計(jì)：雙層PCB板，元件位于頂層
• 可配置性：可配置為正激（工廠默認(rèn)）或反激調(diào)節(jié)器
• 尺寸：2.5英寸 x 3.5英寸 x 0.63英寸

評(píng)估板連接與啟動(dòng)

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。要確保連接負(fù)載的電線尺寸適合預(yù)期的負(fù)載電流。

電源要求

建議使用至少75V、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)誤連接損壞評(píng)估板。

負(fù)載選擇

電阻性負(fù)載是最佳選擇，但合適的電子負(fù)載也可接受。最大負(fù)載電流為3A，超過此電流會(huì)使LM5015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)，電流限制模式就會(huì)觸發(fā)。

啟動(dòng)步驟

首次上電時(shí)，負(fù)載應(yīng)保持較低水平，例如小于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。在輸入電壓達(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，輸入電流應(yīng)低于10mA，否則應(yīng)立即斷電并檢查輸入極性是否接反。當(dāng)輸入電壓升至36V時(shí)，輸出電壓應(yīng)穩(wěn)定在標(biāo)稱的5V。若正常，可將輸入電壓逐漸增加到最大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)定在5V ±1.5%。若不正常，需斷電檢查連接是否正確。正確設(shè)置完成后，可施加滿載，并建議進(jìn)行最終效率檢查，滿載效率顯著低于80%則表明存在問題。

正激調(diào)節(jié)器特性

同步功能

評(píng)估板可與頻率高于其固有振蕩器頻率（為開關(guān)頻率(F_{SW})的兩倍）的外部時(shí)鐘同步。由于LM5015振蕩器采用二分頻電路，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300kHz，因此外部時(shí)鐘頻率應(yīng)高于600kHz。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。關(guān)于成功同步所需的外部時(shí)鐘信號(hào)要求，可參考LM5015高壓單片雙開關(guān)正激DC - DC調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)手冊(cè)（SNVS538）。

遠(yuǎn)程控制

評(píng)估板可進(jìn)行遠(yuǎn)程啟用和禁用控制。PCB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)程控制信息可查閱上述數(shù)據(jù)手冊(cè)。

電路原理

默認(rèn)配置的雙開關(guān)正激DC - DC調(diào)節(jié)器中，兩個(gè)MOSFET開關(guān)集成在LM5015中，無需使用分立功率MOSFET。T1的4腳和5腳之間的變壓器繞組用于為L(zhǎng)M5015產(chǎn)生10V的Vcc，從而在正常運(yùn)行時(shí)阻斷內(nèi)部LDO調(diào)節(jié)器，提高效率。

性能特點(diǎn)與布局注意事項(xiàng)

性能特點(diǎn)

從典型性能特性來看，評(píng)估板在雙開關(guān)正激配置下的整體效率表現(xiàn)良好。在滿載（2.5A）和中等輸入電壓（48V）條件下，開關(guān)節(jié)點(diǎn)HO和LO的關(guān)鍵電壓波形也呈現(xiàn)出穩(wěn)定的狀態(tài)。同時(shí)，輸入紋波電流和輸出紋波電壓在相同條件下也有相應(yīng)的表現(xiàn)。

布局注意事項(xiàng)

在高輸入電壓和/或高負(fù)載電流運(yùn)行時(shí)，LM5015以及二極管D3和D4會(huì)發(fā)熱，操作時(shí)需謹(jǐn)慎。在高輸入電壓下探測(cè)電路時(shí)要格外小心，72V的電壓足以產(chǎn)生電擊和火花。在最大負(fù)載電流（3A）時(shí)，連接負(fù)載的電線尺寸和長(zhǎng)度很重要，要確保電線不會(huì)產(chǎn)生顯著的電壓降。

反激調(diào)節(jié)器配置

評(píng)估板可重新配置為非隔離雙開關(guān)反激DC - DC調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖6所示。需要注意的是，此處使用雙二極管D3是因?yàn)镻CB板上的D3焊盤。在反激配置中，僅使用雙二極管D3的高端，低端二極管在正常運(yùn)行時(shí)始終處于反向偏置狀態(tài)。配置為反激調(diào)節(jié)器時(shí)，部分物料清單（BOM）需要更改，如更換二極管D4、移除D5、更換電感L1和L2以及變壓器T1等。

物料清單

評(píng)估板的物料清單詳細(xì)列出了正激和反激兩種配置下所需的元件，包括電容、二極管、電阻、電感、變壓器和集成電路等。工程師在使用評(píng)估板時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需求和配置選擇合適的元件。

TI的LM5015非隔離雙開關(guān)DC - DC調(diào)節(jié)器評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)靈活且高效的電源設(shè)計(jì)平臺(tái)。無論是正激還是反激配置，都能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。在實(shí)際使用過程中，工程師需要嚴(yán)格按照操作步驟進(jìn)行連接和啟動(dòng)，同時(shí)注意布局和性能特點(diǎn)，以確保評(píng)估板的正常運(yùn)行和最佳性能。大家在使用這款評(píng)估板的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。