LM2694评估板：设计与性能全解析

一、引言

在电子设计领域，一款性能优良的评估板能为工程师提供极大的便利。LM2694EVAL评估板就是这样一款产品，它采用恒定导通时间（COT）工作原理，为设计工程师提供了一个功能完备的降压调节器。该评估板能在8V - 30V的输入范围内提供5V的输出电压，可提供高达0.5A的负载电流，电流限制设置约为0.65A。除了R4、C6、C9和C12，板子上已安装了所有外部组件，这些组件可用于管理输出纹波电压。

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评估板规格

• 输入电压：8V - 30V
• 输出电压：5V
• 最大负载电流：0.5A
• 最小负载电流：0A
• 电流限制：0.65A
• 测量效率：在 (V{IN}=8V) ， (I{OUT}=200mA) 时为93.4%
• 标称开关频率：250kHz
• 尺寸：2.25英寸 x 0.88英寸 x 0.55英寸

二、工作原理

评估板的导通时间由R1和 (V{IN}) 决定，计算公式为： [t{ON}=frac{1.14 × 10^{-10} times(R 1+1.4 k)}{left(V{ON}-1.5 Vright)}+95 ns] 导通时间在 (V{IN}=8V) 时约为2600ns，在 (V{IN}=30V) 时约为660ns，且导通时间与 (V{IN}) 成反比，以保持近乎恒定的开关频率。每个导通时间结束后，最小关断定时器确保降压开关至少关断265ns。在关断期间，输出电容（C7）由负载电流放电。当输出电压下降到使FB引脚电压低于2.5V时，调节比较器启动新的导通时间周期。为了实现稳定的固定频率操作，FB引脚需要约25mV的纹波来切换调节比较器。

三、板布局与探测注意事项

布局

从图1可以看到电路组件的布局。在给板子供电时，需要注意以下几点：

• 散热问题：在高输入电压和高负载电流下运行时，建议使用强制气流散热。因为此时LM2694和二极管D1可能会发热。
• 探测安全：在高输入电压下探测电路时要格外小心，以防止受伤和电路损坏。
• 负载连接：在最大负载电流（0.5A）下，连接负载的电线尺寸和长度很重要，要确保评估板和负载之间的电线没有明显的电压降。

连接与启动

输入连接到J1连接器，负载连接到OUT和GND端子。要确保电线尺寸适合预期的负载电流。启动前，应在输入和输出端子连接电压表，用电流表或电流探头监测负载电流。建议将输入电压逐渐增加到8V，此时输出电压应为5V。如果输出电压正确，可根据需要增加输入电压并评估电路。

四、输出纹波控制

LM2694正常工作时，FB引脚需要至少25mVp - p的纹波，且与SW引脚的开关波形同相。在最简单的配置中，纹波来自电感的纹波电流流经R4在输出端产生的纹波，该纹波电压会被反馈电阻衰减，因此输出端的纹波幅度要高于25mVp - p。下面介绍几种控制输出纹波的配置：

最小输出纹波配置

评估板默认配置为输出纹波最小。输出纹波在 (V{IN}=8V) 时为2mVp - p，在 (V{IN}=30V) 时为3mVp - p，主要由输出电容（C7）的ESR和电感的纹波电流决定。FB引脚所需的纹波电压由R6、C10和C11产生。通过以下步骤计算R6、C10和C11的值：

1. 计算 (V{A}) ： [V{A}=V{OUT}-(V{SW} times (1 - (V{OUT}/V{IN})))] 对于该电路， (V_{A}) 计算为4.63V。
2. 计算R6 x C10的乘积： [R 6 × C 10=frac{(V{IN}-V{A}) × t{ON}}{Delta V}] 以 (t{ON}) 约为2600ns， (V_{IN}) 为8V， (Delta V) 为30mVp - p为例，计算得到 (R 6 × C 10 = 2.9 × 10^{-4}) 。然后从标准值组件中选择R6和C10，例如C10为2700pF时，R6为110kΩ，C11选择0.01µF。

中间纹波水平配置

这种配置比最小纹波配置产生更多的输出纹波，但少用一个电容。如果应用中可以容忍一定的纹波，这种配置更经济简单。使用R4、C6和C9代替R6、C7、C8、C10和C11。R4用于在输出端产生≥25mV - 30mVp - p的纹波，C9将纹波耦合到FB引脚，其最小值通过公式 (C 9=frac{ I_{ON (max )}}{(R 2 / R 3)}) 计算，对于该评估板，C9最小值为2080pF，输出纹波在输入电压范围内为30mVp - p至50mVp - p。

最低成本配置

这种配置与中间纹波配置类似，但没有C9。由于FB引脚需要25mVp - p的纹波，R4选择产生50mV的输出纹波，考虑到公差，R4使用1.0Ω。输出纹波在输入电压范围内约为60mVp - p至100mVp - p。如果应用可以容忍这种纹波水平，这是最经济的解决方案。如果C6有足够的ESR，也可以不使用R4。

五、最小负载电流

LM2694需要约500µA的最小负载电流，以确保升压电容（C5）在每个关断期间充分充电。在该评估板中，反馈电阻（R2、R3）提供了最小负载电流，因此板子的最小负载电流可以指定为零。

六、电路性能

通过图6 - 9可以了解评估板的性能，包括效率与负载电流、输入电压的关系，输出电压纹波以及开关频率与输入电压的关系。图10显示了电路各点的波形，图11显示了输出对负载电流在200mA和400mA之间变化的响应。图12展示了使用示波器探头测量输出纹波和瞬态波形的首选方法，这种方法可以消除探头接地引线可能拾取的噪声和开关尖峰。

七、PCB布局

评估板的PCB布局包括板丝印、顶层和底层视图。合理的PCB布局对于电路性能至关重要，它可以减少电磁干扰，提高电路的稳定性。

八、重要注意事项

德州仪器（TI）保留对其半导体产品和服务进行更改和停产的权利。买家在下单前应获取最新信息并验证其准确性。TI对其组件的性能提供保修，但不承担应用协助或买家产品设计的责任。买家负责其产品和应用，应提供足够的设计和操作保障。TI不保证授予任何专利、版权或其他知识产权的许可，使用相关信息可能需要第三方或TI的许可。此外，TI对不同应用场景下的组件使用有明确规定，如在医疗、军事、汽车等领域。

在实际设计中，你是否遇到过类似评估板的使用问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。