LM5015 隔离式双开关 DC - DC 调节器评估板使用指南

在电子工程师的日常工作中，DC - DC 调节器是一个常见且关键的组件。今天我们来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的 LM5015 隔离式双开关 DC - DC 调节器评估板，探讨它的特点、使用方法以及性能表现。

文件下载：LM5015ISOEVAL.pdf

1. 评估板简介

LM5015 隔离式 DC - DC 调节器评估板是一款低成本且功能完备的 DC - DC 调节器，无需使用任何分立功率 MOSFET。它有两种配置方式，既可以配置为隔离式双开关正激 DC - DC 调节器，也可以配置为隔离式双开关反激 DC - DC 调节器。工厂默认配置为正激拓扑，正激转换器配置相比反激配置效率大约高 2%，输出纹波电压更低，而反激配置成本稍低。

评估板的主要特性如下：

• 输入电压：36V 至 72V
• 隔离输出电压：5V
• 输出电流：最小 0A，标称 2.5A，最大 3A
• 输入欠压锁定（UVLO）阈值：标称 34V
• 实测效率：在输入电压为 48V、输出电流为 2.5A 时，效率为 86%
• 开关频率：300 kHz
• 同步功能：能够同步到外部时钟
• 远程控制：可进行远程控制（启用/禁用）
• 电路板：两层 PCB 板，元件位于顶层
• 尺寸：2.5 英寸 x 3.5 英寸 x 0.63 英寸

2. 电路板连接与启动

2.1 连接方式

评估板的输入连接到连接器 J1（高电位）和 J2（输入返回），负载连接在连接器 J3（5V）和 J4（5V 返回）之间。需要注意的是，连接导线的尺寸要根据预期负载电流进行合理选择。

2.2 电源要求

建议使用能够提供至少 75V 和 0.5A 的直流电源作为评估板的输入电源。同时，利用直流电源的过压和过流限制功能，防止因错误连接而损坏电路板。

2.3 负载选择

电阻性负载是最佳选择，但合适的电子负载也是可以接受的。最大负载电流为 3A，若超过此电流，LM5015 将进入逐周期峰值电流限制模式，输出电压将低于稳压的 5V。当初级开关电流超过标称值 1.2A 时，电流限制模式将被触发。

2.4 启动步骤

在首次上电时，负载应保持在较低水平（<0.1A）。启动前，需将电压表连接到输入和输出端子，用电流表或电流探头监测负载电流。建议逐渐增加输入电压。当输入电压达到约 34V（评估板的欠压锁定阈值，由 R9 和 R10 预设）之前，应无输出电压，且输入电流应低于 10 mA，否则应立即断开电源，检查输入极性是否接反。当输入电压增加到 36V 时，输出电压应稳定在标称的 5V。若输出正常，可逐渐将输入电压增加到最大 72V，在 36V 至 72V 的整个输入电压范围内，输出电压应稳压在 5V ±1.5%。若输出异常，需断开电源并检查连接是否正确。在完成正确设置后，可施加满载，并建议进行最终的效率检查，若满载时效率显著低于 80%，则表明可能存在问题。

3. 正激调节器特性

3.1 同步功能

评估板可以同步到比其固有振荡器频率更快的外部时钟，该振荡器频率是开关频率 FSW 的两倍。由于 LM5015 振荡器使用了二分频电路，实际开关频率是由 R2 设置的振荡器频率的一半。评估板的开关频率为 300 kHz，因此外部时钟应快于 600 kHz。外部时钟信号应输入到 SYNC 端口的镀通孔，并以 AGND 节点为参考。具体的外部时钟信号要求可参考 LM5015 数据手册。

3.2 远程控制

评估板可以进行远程控制以实现启用和禁用功能。PC 板上的控制端口是专门用于 EN 节点的镀通孔，远程控制信号应以 AGND 节点为参考。详细的远程控制信息可参考 LM5015 数据手册。

4. 电路板布局与探测注意事项

在电路板通电时，需要注意以下几点：

• 当在高输入电压和/或高负载电流下运行时，LM5015 以及二极管 D3 和 D4 会发热，触摸时需小心。
• 在高输入电压下探测电路时要格外谨慎，72V 的电压足以产生电击和火花。
• 在最大负载电流（3A）下，连接负载的导线尺寸和长度非常重要，要确保导线上没有显著的电压降。

5. 典型性能特性

5.1 效率表现

评估板在双开关正激配置下的整体效率如图 3 所示。可以看到，在不同的输入电压和负载电流下，效率会有所变化。

5.2 电压波形

图 4 展示了在满载（2.5A）和中等输入电压（48V）下，开关节点 HO 和 LO 的关键电压波形。通过观察这些波形，我们可以更深入地了解评估板的工作状态。

5.3 纹波特性

图 5 显示了在满载（2.5A）和中等输入电压（48V）下的输入纹波电流和输出纹波电压。这对于评估电源的稳定性和质量非常重要。

6. 反激调节器配置

评估板还可以重新配置为隔离式双开关反激 DC - DC 调节器，图 6 展示了其原理图。需要注意的是，在反激配置中，双二极管 D3 仅使用了其高端，低端二极管在正常运行时始终处于反向偏置状态。

7. 物料清单（BOM）

文档中给出了正激配置和反激配置的物料清单，包括各个元件的型号、描述和参数。在进行电路设计和调试时，这些信息非常重要。

总结

LM5015 隔离式双开关 DC - DC 调节器评估板为工程师提供了一个方便、高效的平台，用于测试和验证 DC - DC 调节器的性能。通过合理的配置和使用，它可以满足不同应用场景的需求。你在使用类似评估板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。