LM5013系列 具有超低静态电流 （IQ） 的 6V 至 100V 输入、3.5A 非同步降压直流/直流转换器数据手册

LM5013 非同步降压转换器设计用于在宽输入电压范围内进行调节，从而最大限度地减少对外部浪涌抑制元件的需求。50 ns 的最小可控导通时间有助于实现较大的降压转换比，从而实现从 48 V 标称输入到低压轨的直接降压，从而降低系统复杂性和解决方案成本。LM5013 可在低至 6V 的输入电压骤降期间运行，并在需要时以接近 100% 的占空比运行，使其成为高性能工业应用的绝佳选择。
*附件：lm5013.pdf

LM5013 采用集成的高压侧功率 MOSFET，可提供高达 3.5A 的输出电流。恒定导通时间 （COT） 控制架构提供几乎恒定的开关频率，并具有出色的负载和线路瞬态响应。LM5013 的其他特性包括超低 IQ以及创新的峰值过流保护、集成 VCC 偏置电源和自举二极管、精密使能和输入 UVLO 以及具有自动恢复功能的热关断保护。漏极开路 PGOOD 指示器提供排序、故障报告和输出电压监控。

LM5013 采用 8 引脚 SO PowerPAD™ 集成电路封装。该器件的 1.27mm 引脚间距为高压应用提供了足够的间距。

特性

• 专为可靠和坚固的应用而设计
  • 6 V 至 100 V 的宽输入电压范围
  • –40°C 至 +125°C 结温范围
  • 固定 3.5ms 内部软启动定时器
  • 峰值限流保护
  • 输入 UVLO 和热关断保护
  • 功能安全
    • 提供有助于功能安全系统设计的文档
• 针对超低 EMI 要求进行了优化
  • 符合 CISPR 25 5 类标准
• 适用于可扩展的工业电源
  • 与 LM5163-Q1 和 LM5164-Q1（100V、0.5A 或 1A）以及 LM5013-Q1（100V、3.5A）引脚对引脚兼容
  • 50ns 的低最小导通时间和关断时间
  • 10μA 空载休眠电流
  • 3.1μA 关断静态电流
• 集成可减小解决方案尺寸和成本
  • COT 模式控制架构
  • 集成 100V 0.25 Ω 高压侧功率 MOSFET
  • 1.2V 内部电压基准
  • 无环路补偿元件
  • 内部 VCC 偏置稳压器和引导二极管

参数

方框图

1. 产品概述

LM5013 是一款非同步降压 DC/DC 转换器，专为高电压输入应用设计，支持高达 100V 的输入电压范围，提供 3.5A 的连续输出电流。该转换器采用 COT（恒定导通时间）控制架构，具有超低静态电流和高效的电源转换能力，适用于工业电源、混合动力和电动系统、逆变器及电机控制等领域。

2. 关键特性

• ‌宽输入电压范围‌：支持 6V 至 100V 的输入电压，适用于多种高电压应用场景。
• ‌高效率‌：采用 COT 控制架构，实现高效电源转换，降低能耗。
• ‌超低静态电流‌：10μA 的无负载睡眠电流和 3.1μA 的关断静态电流，有助于延长电池寿命。
• ‌高可靠性‌：具备过流保护、欠压锁定、热关断保护等功能，确保设备安全稳定运行。
• ‌功能安全支持‌：提供文档支持，帮助用户设计符合功能安全要求的系统。
• ‌EMI 优化‌：满足 CISPR 25 class 5 标准，降低电磁干扰。

3. 应用领域

• ‌工业电源‌：为各种工业设备提供稳定可靠的电源供应。
• ‌混合动力和电动系统‌：在电动车、混合动力车等系统中，为电池管理系统、电机控制器等提供电源。
• ‌逆变器及电机控制‌：在电力电子转换系统中，为逆变器、电机驱动器等提供高效电源。

4. 功能描述

• ‌COT 控制架构‌：通过固定导通时间控制开关频率，实现快速负载瞬态响应。
• ‌内部集成‌：集成 100V 0.25Ω 高侧功率 MOSFET、1.2V 内部电压参考、VCC 偏置调节器和自举二极管，简化外部电路设计。
• ‌精确使能输入‌：EN/UVLO 引脚支持精确使能控制和欠压锁定功能，确保设备在输入电压不足时安全关断。
• ‌电源良好指示‌：PGOOD 引脚提供电源良好信号，用于系统启动和故障检测。
• ‌热保护‌：内置热关断保护功能，防止设备过热损坏。

5. 设计指南

• ‌外部组件选择‌：根据输出电压、电流和纹波要求选择合适的电感、电容和肖特基二极管。
• ‌布局布线‌：遵循 TI 提供的布局布线指南，特别注意输入电容、输出电容和电感器的位置，以最小化寄生电感和电阻。
• ‌散热设计‌：确保足够的散热措施，如使用散热片或风扇，以维持结温在允许范围内（最高可达 150°C）。

6. 文档与资源

• 提供了详细的数据手册，包括电气特性、功能描述、应用实现方法和布局布线建议。
• 用户可以通过 TI 的 WEBENCH Power Designer 工具进行定制设计，简化设计流程并提高设计效率。
• TI E2E 支持论坛提供快速的设计帮助和验证答案，方便用户解决设计过程中的问题。

7. 注意事项

• 在设计过程中，请确保遵守所有数据手册中的绝对最大额定值和推荐工作条件。
• 在进行布局布线时，请特别注意电源和地平面的完整性，以及关键信号路径的短距离布线，以避免干扰和误差。
• 在实际应用中，请根据具体需求选择合适的封装和型号，并进行充分的验证和测试。