‌基于LMR38020-Q1同步降压转换器的电源设计技术解析

Texas Instruments LMR38020/LMR38020QEVM评估模块评估LMR38020/LMR38020-Q1同步降压转换器，用于调节宽输入电压范围。这些评估模块在6V至80V的宽输入电压范围内运行，以400kHz开关频率提供稳压的5V输出。输出电压的精度优于1.5%的设定值，并且可使用外部电阻分压器进行调节。

数据手册：*附件：Texas Instruments LMR38020，LMR38020QEVM 评估模块数据手册.pdf

特性

• 4.5V 到 80V 的输入电压范围
• 精确5V输出
• 输出电流高达 2A
• 逐周期过流保护
• 切换频率：400kHz
• 采用频率扩频，可降低EMI

板布局

‌基于LMR38020-Q1同步降压转换器的电源设计技术解析

一、核心特性与性能优势‌

1. ‌宽输入电压范围‌
   • 支持4.2V至80V输入，适应汽车启停、工业电源波动等严苛场景。
   • 98%最大占空比，确保低压差条件下高效输出。
2. ‌高集成度设计‌
   • 内置高低侧MOSFET，简化布局并降低BOM成本。
   • 集成同步整流技术，效率高达98%（典型值）。
3. ‌低功耗与灵活控制‌
   • 轻载时自动切换至PFM模式，提升轻载效率。
   • 支持外部时钟同步（通过SYNC引脚），降低系统EMI干扰。
4. ‌保护功能‌
   • 逐周期过流保护（Cycle-by-Cycle OC）和热关断。
   • 可编程UVLO（通过EN引脚电阻分压器设置启动阈值）。

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‌二、关键电路设计要点‌

1. ‌输入滤波与布局优化‌
   • 输入电容配置：推荐0.1μF陶瓷电容（C1）并联大容量电解电容（如33μF/100V铝电容C8），抑制高频噪声。
   • 评估模块采用4层PCB设计，顶层和底层为2oz铜厚，中间层为1oz铜平面，通过热过孔阵列提升散热性能。
2. ‌输出调整与反馈‌
   • 输出电压通过电阻分压器（R1=64.9kΩ, R8=1.05kΩ）设定，公式为：
     VOUT=0.8V×(1+R1R8)**V**O**U**T**​**=**0.8**V**×**(**1**+**R**8**R**1**​**)，默认输出5V。
   • 输出电感（L1=16μH）需选择饱和电流高于峰值负载电流的型号（如Wurth 7443251600）。
3. ‌EMI抑制措施‌
   • 可选输入EMI滤波器（VIN_EMI接口），未组装时可短接至主VIN。
   • 支持扩频调制（Spread Spectrum），降低开关频率谐波干扰。

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‌三、评估模块快速使用指南‌

1. ‌连接步骤‌
   • 输入电源接J3（VIN）与GND，负载接J2（VOUT）与GND。
   • 输入电压≥6V时，输出自动稳压至5V（最大负载2A）。
2. ‌功能配置‌
   • ‌ EN引脚（J4） ‌：短接禁用，开路或接分压电阻启用。
   • ‌ PWRGD（J1） ‌：开漏输出，需外接上拉电阻（R10=28.7kΩ）至<20V电源。
3. ‌测试接口‌
   • J6（VO_S）用于输出电压监测，J5（SYNC）支持外部时钟注入。

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‌四、典型应用场景‌

1. ‌车载信息娱乐系统‌：适应12V/24V电池输入，为MCU和传感器供电。
2. ‌工业PLC模块‌：兼容24V/48V背板电源，提供稳定5V逻辑电压。
3. ‌光伏逆变器辅助电源‌：支持高压DC链路输入（如60V），高效转换。