LM5017评估板：高效降压调节器的设计与应用

在电子设计领域，降压调节器是一种常见且关键的电路模块，它能将较高的输入电压转换为较低的稳定输出电压，满足各种电子设备的供电需求。今天，我们就来深入探讨一下TI的LM5017评估板，看看它在降压调节方面的表现和应用。

文件下载：LM5017EVAL/NOPB.pdf

一、评估板概述

LM5017评估板采用了恒定导通时间（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。它能在12.5V至100V的输入电压范围内，提供10V的稳定输出电压。下面是该评估板的主要规格参数：

• 输入范围：12.5V至95V，瞬态电压最高可达100V（绝对最大值）
• 输出电压：10V
• 输出电流：600mA
• 标称开关频率：约200kHz
• 测量效率：在400mA负载电流且输入电压为24V时，效率可达92.4%
• 电路板尺寸：2.95英寸 x 1.8英寸

二、工作原理

导通时间控制

当电路处于调节状态时，降压开关每个周期的导通时间由R3和输入电压VIN决定，具体公式为[此处应给出公式，但原文未明确写出公式编号对应的具体公式内容]。该评估板的导通时间会随着输入电压的变化而变化，输入电压为12V时，导通时间为5.56µs；输入电压为95V时，导通时间缩短至702ns，即导通时间与输入电压成反比。

开关周期

每个导通时间结束后，降压开关至少保持144ns的关断时间。在正常工作时，关断时间通常要长得多。在关断期间，负载电流由输出电容C9提供。当输出电压下降到使反馈引脚FB的电压低于1.225V时，调节比较器会启动一个新的导通时间周期。为了实现稳定的固定频率运行，反馈引脚FB处需要至少25mV的纹波来触发调节比较器。如果想了解更详细的功能框图和各功能模块的完整描述，可以参考《LM5017 100V, 600mA Constant On-Time Synchronous Buck Regulator Data Sheet (SNVS783)》。

三、欠压锁定（UVLO）

UVLO电阻（R5、R7）的选择依据特定公式[此处应给出公式，但原文未明确写出公式编号对应的具体公式内容]。在该评估板中，R5 = 127kΩ，R7 = 14.0kΩ，这使得输入电压VIN在12V时触发UVLO上升阈值，并且具有2.5V的迟滞电压。

四、电路板连接与启动

连接方式

输入连接通过TP1（VIN）和TP2（GND）端子进行，负载则连接到TP3（VOUT）和TP5（GND）端子。在连接时，要确保电线的规格能够满足预期的负载电流要求。

启动步骤

启动前，需要在输入和输出端子连接电压表，同时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升高到12V，此时输出电压应稳定在10V。如果输出电压正确，就可以根据需要进一步提高输入电压，开始对电路进行评估。需要注意的是，输入电压VIN绝对不能超过100V。

五、物料清单（BOM）

该评估板的物料清单涵盖了各种元件，包括同步开关调节器、电感、二极管、电容和电阻等。不同元件有不同的品牌和型号可供选择，例如电感有Wurth、Bourns、Coilcraft等品牌的产品，二极管有Central Semi、NXP等品牌的产品。具体的元件信息如下表所示：	项目	描述	制造商	部件编号	封装	值
U1	同步开关调节器	Texas Instruments	LM5017	SO PowerPAD - 8	100V, 0.6A
L1	电感	Wurth	7447714221	10mm x 10mm	220µH, 1.2A
	替代电感	Bourns	SRR1260 - 221k	12.5mm x 12.5mm	220µH, 1.38A
	替代电感	Coilcraft	MSS1246 - 224K	12.3mm x 12.3mm	220µH, 1.4A
D2	二极管	Central Semi	CMMSH1 - 40	SOD - 123F	40V, 1A
	替代二极管	NXP	BAS40H, 115	SOD123F	40V, 120mA
C1	陶瓷电容	Murata	GRM188R71C103KA01D	0603	0.01µF, 16V, X7R
C4	陶瓷电容	Murata	GRM32ER72A225KA35L	1210	2.2µF, 100V, X7R
……	……	……	……	……	……

六、纹波配置

LM5017是一款COT降压调节器，需要在反馈（FB）节点有足够的纹波。常见的纹波生成方法有三种，该评估板默认采用最小纹波配置（类型3），但也可以根据需要修改为类型1或类型2。具体的配置方式如下表所示：	类型	描述	配置方式
类型1	最低成本配置	R4、C6、C8开路，选择合适的R2
类型2	降低纹波配置	R4开路，C6 = 0Ω，选择合适的R2和C8
类型3	最小纹波配置	R2 = 0Ω，选择合适的R4、C6和C8

七、性能曲线

评估板的性能曲线可以直观地展示其在不同条件下的性能表现。文中给出了效率与负载电流的关系曲线、频率与输入电压的关系曲线以及典型的开关波形图（VIN = 48V，Iout = 200mA）。通过这些曲线，我们可以更好地了解评估板在不同工作条件下的效率、频率等性能指标。

八、PCB布局

评估板的PCB布局对其性能也有着重要的影响。文中给出了电路板的丝印图、顶层和底层布局图，合理的布局有助于减少电磁干扰，提高电路的稳定性和可靠性。

在实际设计中，你是否遇到过类似降压调节器的应用场景？对于LM5017评估板的这些特性和配置，你认为在哪些应用中会发挥出最大的优势呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。