探索LM5015非隔离双开关DC - DC调节器评估板

在电子工程师的日常工作中，DC - DC调节器评估板是电源设计领域的重要工具。今天，我们就来深入探讨一下TI（德州仪器）的LM5015非隔离双开关DC - DC调节器评估板。

文件下载：LM5015NISOEVAL.pdf

评估板概述

LM5015非隔离DC - DC调节器评估板无需任何分立功率MOSFET，就能提供低成本且功能完备的DC - DC调节方案。它有两种配置模式，既可以作为非隔离双开关正激DC - DC调节器，也能配置为双开关反激DC - DC调节器。工厂默认配置为正激拓扑，正激配置相比反激配置效率约高2%，输出纹波电压更低，不过反激配置成本稍低。

评估板的主要特性如下：

• 输入电压：36V至72V
• 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：当输入电压为48V，输出电流为2.5A时，效率达86%
• 开关频率：300kHz
• 同步能力：能够与外部时钟同步
• 远程控制：可进行远程控制（启用/禁用）
• 电路板设计：双层PCB板，元件位于顶层
• 可配置性：可配置为正激（工厂默认）或反激调节器
• 尺寸：2.5英寸 x 3.5英寸 x 0.63英寸

评估板连接与启动

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。要确保连接负载的电线尺寸适合预期的负载电流。

电源要求

建议使用至少75V、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，防止因错误连接损坏评估板。

负载选择

电阻性负载是最佳选择，但合适的电子负载也可接受。最大负载电流为3A，超过此电流会使LM5015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，电流限制模式就会触发。

启动步骤

首次上电时，负载应保持较低水平，例如小于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。在输入电压达到约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，输入电流应低于10mA，否则应立即断电并检查输入极性是否接反。当输入电压升至36V时，输出电压应稳定在标称的5V。若正常，可将输入电压逐渐增加到最大72V，在36V至72V的整个输入电压范围内，输出电压应稳定在5V ±1.5%。若不正常，需断电检查连接是否正确。正确设置完成后，可施加满载，并建议进行最终效率检查，满载效率显著低于80%则表明存在问题。

正激调节器特性

同步功能

评估板可与频率高于其固有振荡器频率（为开关频率(F_{SW})的两倍）的外部时钟同步。由于LM5015振荡器采用二分频电路，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300kHz，因此外部时钟频率应高于600kHz。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。关于成功同步所需的外部时钟信号要求，可参考LM5015高压单片双开关正激DC - DC调节器数据手册（SNVS538）。

远程控制

评估板可进行远程启用和禁用控制。PCB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查阅上述数据手册。

电路原理

默认配置的双开关正激DC - DC调节器中，两个MOSFET开关集成在LM5015中，无需使用分立功率MOSFET。T1的4脚和5脚之间的变压器绕组用于为LM5015产生10V的Vcc，从而在正常运行时阻断内部LDO调节器，提高效率。

性能特点与布局注意事项

性能特点

从典型性能特性来看，评估板在双开关正激配置下的整体效率表现良好。在满载（2.5A）和中等输入电压（48V）条件下，开关节点HO和LO的关键电压波形也呈现出稳定的状态。同时，输入纹波电流和输出纹波电压在相同条件下也有相应的表现。

布局注意事项

在高输入电压和/或高负载电流运行时，LM5015以及二极管D3和D4会发热，操作时需谨慎。在高输入电压下探测电路时要格外小心，72V的电压足以产生电击和火花。在最大负载电流（3A）时，连接负载的电线尺寸和长度很重要，要确保电线不会产生显著的电压降。

反激调节器配置

评估板可重新配置为非隔离双开关反激DC - DC调节器，其原理图如图6所示。需要注意的是，此处使用双二极管D3是因为PCB板上的D3焊盘。在反激配置中，仅使用双二极管D3的高端，低端二极管在正常运行时始终处于反向偏置状态。配置为反激调节器时，部分物料清单（BOM）需要更改，如更换二极管D4、移除D5、更换电感L1和L2以及变压器T1等。

物料清单

评估板的物料清单详细列出了正激和反激两种配置下所需的元件，包括电容、二极管、电阻、电感、变压器和集成电路等。工程师在使用评估板时，可根据实际需求和配置选择合适的元件。

TI的LM5015非隔离双开关DC - DC调节器评估板为工程师提供了一个灵活且高效的电源设计平台。无论是正激还是反激配置，都能满足不同应用场景的需求。在实际使用过程中，工程师需要严格按照操作步骤进行连接和启动，同时注意布局和性能特点，以确保评估板的正常运行和最佳性能。大家在使用这款评估板的过程中，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。