探索LM5160A/LM5160同步降压调节器：评估模块深度解析

引言

在电子设计领域，电源管理是至关重要的一环。德州仪器（Texas Instruments）的LM5160A/LM5160同步降压调节器IC凭借其出色的性能和广泛的应用场景，受到了众多电子工程师的青睐。为了帮助设计师更好地评估其性能，德州仪器推出了LM5160DNTBKEVM评估模块（EVM）。今天，我们就来深入了解一下这个评估模块。

文件下载：LM5160DNTBKEVM.pdf

背景知识

工作原理与特性

LM5160DNTBKEVM评估板采用恒定导通时间（COT）工作原理，构建了一个功能完备的降压调节器。它能够在10V至60V的输入电压范围内提供5V的输出电压，最大负载电流可达1.5A。该电路的标称开关频率约为300kHz，适用于低功耗、宽输入电压的应用场景，且设计紧凑，为小尺寸降压解决方案提供了可能。

规格参数

EVM	INPUT	VOUT	IOUT
LM5160DNTBKEVM	VIN=10V–60V	5V	0–1.5A

评估模块的设置

输入/输出连接器说明

• J1（输入）：作为转换器的电源输入端子，通过接线端子提供输入电压VIN（+）和接地（-）连接，方便用户将评估模块连接到电源。
• J2（输出）：提供转换器的稳压输出电压，接线端子提供VOUT（+）和接地（-）连接，以便用户将评估模块连接到负载。
• TP1（EN）：允许用户在降压模式下远程关闭/启动LM5160，但评估板上未安装EN电路。
• TP2（SW）：用户可连接示波器探头，观察转换器的开关节点。
• JP1（模式引脚）：用户可通过它在强制连续导通模式（CCM）和不连续导通模式（DCM）之间进行选择。

操作要点

为确保LM5160降压转换器正常工作，需逐渐增加施加在J1上的输入电压，且输出（J2）上的负载不应超过1.5A。评估板中使用的电感器L1经过优化，以实现小尺寸解决方案。电感器的饱和电流额定值（ISAT）应高于LM5160集成高端FET的峰值电流限制阈值（最大2.875A）。

关键参数设置

• 开关频率：可使用RON（评估板中的R3）电阻设置标称开关频率，计算公式为(F{sw }=frac{V{OUT }}{R_{ON} × 1 × 10^{-10}} Hz)。
• 输出电压：通过评估板中的反馈分压电阻R7（(R{FB 1})）和R6（(R{FB 2})）设置输出电压，计算公式为(frac{R{FB 2}}{R{FB 1}}=frac{V{OUT }}{V{REF }}-1)。
• 输入欠压锁定阈值和迟滞：评估板中的EN/UVLO电阻R2（(R{UV 1})）和R1（(R{UV 2})）根据公式(V{IN, UVLO(ftsing) }=V{UNLO (TH)}left(1+frac{R{UV 2}}{R{UV 1}}right))和(N(HYS) =U V L O(HYS) × R_{U V 2})设置输入欠压锁定阈值和迟滞。

FPWM模式选择

通过FPWM引脚可在连续导通模式（CCM）和不连续导通模式（DCM）之间进行选择。具体的跳线（JP1）设置如下：	JP1 Shunt Setting	Logic Stage	Description
DCM or Floating (High Z)	0	FPWM引脚接地或浮空，轻载时启用DCM。
FPWM (VCC)	1	FPWM引脚连接到VCC，轻载时启用CCM。

电路板布局与原理图

布局特点

评估板采用WSON - 12封装，实现了紧凑的无引脚IC封装降压调节器解决方案。它是一个简单的两层板，在整个输入电压范围内，稳定COT操作所需的必要反馈纹波电压（VFB）由流经电阻RESR（图1中的R8）的电感电流产生，这是一种组件最少、成本最低的纹波配置。评估板上还有一些占位符（R7、C6和C7），可根据需要安装以实现最小纹波注入网络。若使用外部纹波配置，需将R8替换为0Ω（0805）电阻，并根据LM5160、LM5160A数据手册（SNVSA03A）中Type 3纹波配置下的公式计算这些组件的值。

原理图注意事项

当使用LM5160时，图1中D1的占位符在任何情况下都不应安装。在评估LM5160A时，设计师可使用相同的标准评估板，只需将LM5160 IC（如果已安装）替换为LM5160A，无需更换或移除板上的其他组件。使用LM5160A IC时，设计师可设置9V至13V之间的其他标称输出电压（VOUT），以外部驱动VCC，提高效率。在这种情况下，可根据正确的电压额定值适当安装D1占位符中的二极管。

物料清单

评估板在300kHz配置下的物料清单如下：	ITEM	DESCRIPTION	MFG. PART NUMBER	PACKAGE	VALUE
C1, C10	Ceramic Capacitor	Murata GRM32ER72A225KA35L	1210	2.2µF, 100V, ±10%, X7R
C2	Ceramic Capacitor	Murata GRM21BR72A474KA73L	0805	0.47µF, 100V, ±10%, X7R
C3	Ceramic Capacitor	Murata GRM188R71C223KA01D	0603	0.022µF, 16V, ±10%, X7R
C4	Ceramic Capacitor	Murata GRM188R71C103KA01D	0603	0.01µF, 16V, ±10%, X7R
C5	Ceramic Capacitor	Murata GRM188R71E105KA12D	0603	1µF, 25V, ±10%, X7R
C8, C9	Ceramic Capacitor	Murata GRM21BR71A106KE51L	0805	10µF, 10V, ±10%, X7R
JP1	Header	Sullins Connector PEC03SAAN	3x1, Tin plated
L1	Inductor	Coiltronics DR125 - 470 - R		47µH, 2.71A, 0.074 Ω, SMD 12.5mm
R1	Resistor	Yageo America RC0603FR - 07127KL	0603	127 kΩ, 1%, 0.1W
R2	Resistor	Vishay - Dale CRCW060318K2FKEA	0603	18.2 kΩ, 1%, 0.1W
R3	Resistor	Yageo America RC0603FR - 07169KL	0603	169 kΩ, 1%, 0.1W
R4	Resistor	Yageo America RC0805JR - 070RL	0805	0 Ω, 5%, 0.125W
R6	Resistor	Vishay - Dale CRCW06033K01FKEA	0603	3.01 kΩ, 1%, 0.1W
R7	Resistor	Vishay - Dale CRCW06032K00FKEA	0603	2.00 kΩ, 1%, 0.1W
R8	Resistor	Panasonic ERJ - 6RQFR47V	0805	0.47 Ω, 1%, 0.125W
U1	Switching Regulator	Texas Instruments LM5160ADNT	WSON - 12
R5	Resistor	Unpopulated	0603
R9	Resistor	Unpopulated	0603	18.2 kΩ, 1%, 0.1W
C6	Ceramic Capacitor	Unpopulated	0603
C7	Ceramic Capacitor	Unpopulated	0603
D1	Schottky Diode (Use with LM5160A only)	Diodes Inc. B0530W - 7 - F (Unpopulated)	SOD - 123	30 V, 0.5 A
Q1	MOSFET	Unpopulated	SOT - 323	N - CH, 50V, 0.2A

性能曲线

评估模块提供了一系列性能曲线，包括负载调节、效率与输出电流、效率与输入电压、300kHz时DCM与CCM的效率对比、无负载时不同输入电压和FPWM设置下的情况、负载瞬态响应、启动情况以及输出短路情况等。这些曲线能够帮助设计师全面了解LM5160A/LM5160在不同条件下的性能表现。

使用注意事项

适用范围

评估模块仅适用于产品或软件开发人员在研发环境中对德州仪器半导体产品进行可行性评估、实验或科学分析，不得直接或间接组装在任何成品中，也不得用于消费或家庭用途，禁止用户将其用于商业目的销售、再许可、租赁、出租、出借、转让或分发。

有限保修

德州仪器保证评估模块在交付给用户后的90天内符合其公布的规格。但对于因非德州仪器原因（如疏忽、滥用、不当安装或测试、用户设计问题等）导致的缺陷，德州仪器不承担责任。若评估模块不符合保修条件，德州仪器的唯一责任是选择修复、更换或向用户账户贷记相应金额。

监管通知

不同国家和地区对评估模块有不同的监管要求，如美国的FCC规定、加拿大的Industry Canada规定以及日本的相关无线电法规等。用户在使用评估模块时，需遵守当地的法规要求，以确保合法合规使用。

使用限制和警告

评估模块不得用于功能安全和/或安全关键评估，包括但不限于生命支持应用评估。用户在处理或使用评估模块前，必须阅读并遵循德州仪器提供的用户指南和其他相关文档，包括其中的警告和限制通知。在操作评估模块时，应在德州仪器推荐的规格和环境条件下进行，并采取合理的安全措施，避免超出规定的性能评级和规格，以免造成人身伤害、财产损失或设备损坏。

总之，LM5160DNTBKEVM评估模块为电子工程师提供了一个全面评估LM5160A/LM5160同步降压调节器性能的平台。通过深入了解其工作原理、设置方法、布局特点、物料清单和性能曲线，设计师可以更好地将这些芯片应用到实际项目中。大家在使用过程中有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。