深入剖析 AN - 2016 LM34919B 评估板：设计与应用指南

在电子设计领域，评估板是工程师们验证和测试电路性能的重要工具。今天我们就来详细探讨一下 AN - 2016 LM34919B 评估板，它为设计工程师提供了一个功能完备的降压调节器，采用恒定导通时间（COT）工作原理。

文件下载：LM34919BEVAL/NOPB.pdf

评估板概述

基本规格

该评估板输入电压范围为 6V 至 24V，能提供 3.3V 的稳定输出电压。最大负载电流可达 600 mA，电流限制标称值为 800 mA，实测效率在 (V{IN }=6 ~V) 、 (I{OUT }=300 ~mA) 时为 88.7%，标称开关频率为 1.5 MHz，尺寸为 2.6 in. x 1.6 in. x 0.5 in。不过，板上除 R5、C9 和 C10 外，其余组件均已安装，这几个组件为管理输出纹波提供了可选方案。

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{0.565 × 10^{-10} times(R 1+1.4 k Omega)}{V{IN}-1.5 V}+55 ns] 。导通时间在 (V{IN}=6 ~V) 时约为 424 ns，在 (V{IN}=24 ~V) 时约为 129 ns，且与 (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 88 ns。在关断期间，负载电流由输出电容（C7、C8）提供。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。为实现稳定的固定频率操作，FB 引脚需要至少 25 mV 的纹波来切换调节比较器。电流限制阈值在 (V{IN }=6 ~V) 时为 780 mA，在 (V{IN }=24 ~V) 时为 812 mA，其变化是由于 (V_{IN }) 变化时纹波电流幅度的改变。

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。在给评估板供电时，需要注意在高输入电压和高负载电流下，LM34919B 和二极管 D1 可能会发热。

探测

在高输入电压下探测电路时要格外小心，防止受伤以及可能对电路造成的损坏。当达到最大负载电流（0.6A）时，连接负载的电线尺寸和长度就变得很重要，要确保评估板与负载之间的电线不会有明显的电压降。

连接与启动步骤

输入连接到 J1 连接器，负载连接到 J2（OUT）和 J3（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 6V，此时输出电压应为 3.3V。如果输入 6V 时输出电压正确，就可以根据需要增加输入电压并进行电路评估，但要注意 (V_{IN }) 不要超过 40V。

输出纹波控制

LM34919B 的 FB 引脚需要至少 25 mVp - p 的纹波，且与 SW 引脚的开关波形同相才能正常工作。可以通过反馈电阻从 (V{OUT }) 的纹波中获取所需纹波，也可以单独使用 R5、C9 和 C10 来产生纹波，以尽量降低 (V{OUT }) 的纹波。

选项 A：低成本配置

评估板中 R4 与输出电容（C7、C8）串联，选择 R4 以在 (V{OUT }) 产生 (≥25 mVp - p) 的纹波。已知该电路在最小 (V{IN }) 时最小纹波电流为 140 mAp - p，使用 0.27Ω 的 R4，在输入电压范围内 (V_{OUT }) 的纹波范围约为 37 mVp - p 至 88 mVp - p。如果应用能接受这个纹波水平，这就是最经济的解决方案。

选项 B：中等纹波配置

通过在 R2 两端增加一个电容（Cff），可以比选项 A 产生更小的 (V{OUT }) 纹波。由于输出纹波通过 Cff 几乎无衰减地传递到 FB 引脚，因此可以减小 R4 的值，使 (V{OUT }) 的最小纹波约为 25 mVp - p。Cff 的最小值可根据公式计算，其中 (t{ON(max )}) 是最大导通时间（在最小 (V{IN }) 时），R2//R3 是反馈电阻的并联等效值。

选项 C：最小纹波配置

为了使 (V_{OUT }) 的纹波最小，将 R4 设置为 0Ω，并添加 R5、C9 和 C10 为 FB 引脚产生所需纹波。在这种配置下，输出纹波主要由输出电容的 ESR 和电感器的纹波电流决定。FB 引脚所需的纹波电压由 R5、C10 和 C9 产生，通过选择合适的 R5 和 C10 值，在它们的连接处产生 50 - 100 mVp - p 的三角波，然后通过 C9 耦合到 FB 引脚。具体计算步骤如下：

1. 计算电压 (V{A})： [V{A}=V{ox, T}-left(V{SW} xleft(1-left(V{ox, Pi} / V{m}right)right)right) ] ，其中 (V{SW}) 是关断期间 SW 引脚电压的绝对值（通常为 1V）， (V{IN }) 是最小输入电压。对于该电路， (V_{A}) 计算结果为 2.84V，这是 R5/C10 连接处的近似直流电压，用于后续公式计算。
2. 计算 R5 x C10 的乘积： [R 5 × C 10=frac{left(V{IN}-V{A}right) × t{ON}}{Delta V} ] ，其中 (t{ON}) 是最大导通时间（约 424 ns）， (V_{IN}) 是最小输入电压， (Delta V) 是 R5/C10 连接处所需的纹波幅度（此例为 50 mVp - p）。通常 C10 选择 3000 至 5000 pF，R5 选择 10kΩ 至 300 kΩ，C9 选择比 C10 大的值，通常为 0.1 µF。

其他功能

监测电感电流

可以使用电流探头在示波器上监测电感电流。移除 R6，并在 R6 所在的两个大焊盘上安装一个合适的电流环，这样就能准确确定电感的纹波电流和峰值电流。

示波器探头适配器

评估板上提供了示波器探头适配器，用于监测 SW 引脚和电路输出（ (V_{OUT }) ）的波形，避免使用探头的接地引线拾取开关波形中的噪声。

最小负载电流

LM34919B 需要约 1 mA 的最小负载电流，以确保升压电容（C5）在每个关断期间能够充分充电。在该评估板中，反馈电阻提供了最小负载电流，使得输出端的最小负载电流可以指定为零。

电路性能与波形

通过一系列图表展示了评估板的电路性能，包括效率与负载电流、输入电压的关系，输出电压纹波，开关频率与输入电压的关系，负载电流限制与输入电压的关系等。同时，还给出了连续导通模式和不连续导通模式下的典型波形，帮助工程师更好地了解电路在不同工作模式下的表现。

总结

AN - 2016 LM34919B 评估板为工程师提供了一个全面的降压调节器测试平台。通过合理选择组件和配置，可以满足不同应用对输出纹波、效率等性能指标的要求。在实际设计中，工程师可以根据具体需求灵活调整电路参数，以达到最佳的设计效果。大家在使用过程中有没有遇到过类似评估板的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。