LM5008A评估板：助力电源设计的实用工具

在电子工程师的日常工作中，电源设计是一个至关重要的环节。今天，我们就来深入了解一下TI公司的LM5008A评估板，看看它在电源设计领域能为我们带来哪些便利。

文件下载：LM5008AEVAL/NOPB.pdf

1. 评估板概述

LM5008A评估板为设计工程师提供了一个功能完备的降压调节器，采用了恒定导通时间（COT）工作原理。它能够在8V至75V的输入电压范围内提供5V的输出电压，最大负载电流可达300mA，电流限制标称值为440mA。以下是该评估板的详细规格：

• 输入电压：8V - 75V
• 输出电压：5V
• 最大负载电流：300mA
• 最小负载电流：0A
• 电流限制：440mA（标称）
• 测量效率：92.4%（VIN = 8V，IOUT = 100mA）
• 标称开关频率：130kHz
• 尺寸：2.6英寸 x 1.6英寸

2. 工作原理

参考评估板原理图，当电路处于稳压状态时，降压开关每个周期的导通时间由R1和VIN根据公式 (t{ON}=frac{V{IN}}{1.385times10^{-10}times R1}) 确定。导通时间范围从VIN = 8V时的约4.85µs到VIN = 75V时的约517ns，并且导通时间与VIN成反比，以保持近乎恒定的开关频率。

每个导通时间结束时，最小关断定时器确保降压开关至少关断300ns，在正常操作中，关断时间要长得多。关断期间，负载电流由输出电容（C2）提供。当输出电压下降到使FB引脚电压低于2.5V时，稳压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引脚需要至少25mV的纹波来切换稳压比较器。电流限制阈值在Vin = 8V时约为470mA，在Vin = 75V时约为415mA。

3. 板布局与探测注意事项

• 散热问题：在高输入电压和高负载电流下工作时，可能需要强制空气流动，并且LM5008A和二极管D1可能会发热，触摸时需小心。
• 探测安全：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损坏。
• 负载连接：在最大负载电流下，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。

4. 板连接与启动

输入连接到J1连接器，负载连接到J2（OUT）和J3（GND）端子。启动前，应在输入和输出端子连接电压表，并使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，但不要超过75V。

5. 输出纹波控制

LM5008A的FB引脚需要至少25mVp - p的纹波，且与SW引脚的开关波形同相，以确保正常工作。这里提供了三种控制输出纹波的方案：

5.1 低成本配置（Option A）

在这种配置中，R5与输出电容（C2）串联。由于FB引脚需要≥25mVp - p的纹波，已知该电路在最小VIN时的最小纹波电流约为66mAp - p，因此R5必须选择能在VOUT产生≥50mVpp的电阻。使用0.82Ω的R5，VOUT的纹波在输入电压范围内从约54mVp - p到约135mVp - p。如果应用可以接受这种纹波水平，这是最经济的解决方案。

5.2 中等纹波配置（Option B）

通过在R3上并联一个电容（Cff），这种配置比Option A产生的VOUT纹波更小。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R5的值，使VOUT的最小纹波约为25mVp - p。Cff的最小值根据公式 (C{ff}=3times t{ON}(max)times(R3//R4)) 计算，其中 (t_{ON}(max)) 是最大导通时间（在最小VIN时），R3//R4是反馈电阻的并联等效值。VOUT的纹波在输入电压范围内从26mVp - p到64mVp - p。

5.3 最小纹波配置（Option C）

为了获得最小的VOUT纹波，将R5设置为0Ω，并添加RA、CA和CB来为FB引脚生成所需的纹波。在这种配置中，输出纹波主要由输出电容的特性和电感的纹波电流决定。通过特定的计算步骤选择RA、CA和CB的值，使RA和CA的连接处产生50 - 100mVp - p的三角波，并通过CB耦合到FB引脚。VOUT的纹波通常小于10mVp - p。

6. 电流限制关断时间

当检测到电流限制时，导通时间周期立即终止，LM5008A强制的关断时间必须大于最大正常关断时间（在最大输入电压时出现）。较长的关断时间是为了使电感电流至少减少到与导致电流限制检测的导通期间电流增加量相同甚至更多。强制关断时间由RCL引脚的电阻（R2）决定，计算公式为 (T{OFF}=frac{10^{-5}}{0.285+(V{FB}/6.35times10^{-6}times R2)}) ，其中VFB是电流限制检测时FB引脚的电压。在该评估板中，最大正常关断时间约为7.2µs（在75V时），考虑到导通时间的25%公差，关断时间公差也为25%，最大可能关断时间为9µs。再考虑电流限制检测电路的响应时间（350ns），最大关断时间增加到9.35µs，为了考虑公式中的公差，进一步增加25%到11.7µs。使用上述公式，当VFB = 2.5V时，R2计算为691kΩ，实际使用标准值715kΩ电阻。

7. 监测电感电流

可以使用电流探头在示波器上监测或查看电感电流。移除R6，并在R6所在的两个大焊盘之间安装一个合适的电流环，这样可以准确确定电感的纹波电流和峰值电流。

8. 示波器探头适配器

评估板提供了示波器探头适配器，用于监测SW引脚和电路输出（VOUT）的波形，避免使用探头的接地引线拾取开关波形的噪声。这些探头适配器适用于Tektronix P6137或类似直径为0.135英寸的探头。

9. 电路性能与典型波形

文档中给出了效率与负载电流、效率与输入电压、输出电压纹波、开关频率与输入电压、电流限制与输入电压、线路调节、负载调节等性能曲线，以及连续导通模式和不连续导通模式下的典型波形。这些数据和波形对于工程师评估电路性能和优化设计非常有帮助。

10. PCB板布局

文档还展示了评估板的丝印、顶层和底层布局图，合理的PCB布局对于减少干扰、提高电路性能至关重要。

总的来说，LM5008A评估板为电源设计工程师提供了一个全面的解决方案，通过详细了解其工作原理、性能特点和使用方法，工程师们可以更好地利用这个工具进行电源设计和优化。大家在实际使用过程中，有没有遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。