Texas Instruments LM5158EVM-BST转换器评估模块 (EVM) 演示LM5158器件宽输入电压升压转换器（带双随机扩频）的特性和性能。Texas Instruments LM5158EVM-BST的标准配置设计在输入为3V至9V时提供稳定的12V、1.2A输出（负载从<6V输入降额到0.6A），开关频率为2.1MHz。

数据手册:*附件：Texas Instruments LM5158EVM-BST转换器评估模块数据手册.pdf

特性

• 12V严格稳压输出电压，1%精密基准电压
• 满载时具有高转换效率：>92%
• 在输入电压范围内具有恒定逐周期峰值电感电流限制
• 可编程断续模式，用于输出过流保护
• 用户可使用CSS调节软启动时间
• 输出过压保护
• 开关频率：2.1MHz
• 多个BIAS引脚和VCC引脚连接，用于测试多种配置
  • BIAS连接到VCC
  • BIAS带外部电源
  • BIAS由输出电压供电
• 电源良好 (PGOOD) 指示灯，带可选上拉源
• 外部时钟同步
• 可编程双随机扩频功能可降低EMI

测试设置

基于LM5158EVM-BST评估模块的高效升压转换器设计与性能分析

摘要

LM5158EVM-BST评估模块展示了TI公司LM5158器件作为一款宽输入电压、非同步升压转换器的卓越性能，其特色在于双随机扩频技术。本文将从技术规格、设计特点、测试结果等多个维度对该评估模块进行全面解析，为工程师提供设计参考。

产品概述

LM5158EVM-BST评估模块标准配置设计用于在2.1MHz开关频率下，从3.3V至9V的输入电压提供12V/1.2A的稳压输出（当输入电压低于6V时，负载能力减半）。该模块采用TI的LM5158QRTERQ1控制器，是一款2.2MHz宽输入电压(最高85V)的升压/SEPIC/反激转换器，集成了双随机扩频技术。

核心特性

1. ‌高效能转换‌：在6V输入、1.2A负载条件下，转换效率高达92.4%
2. ‌精确稳压‌：12V输出电压采用1%精度基准电压实现严格稳压
3. ‌全面保护功能‌：
   • 输出过压保护(13.6V触发)
   • 可编程打嗝模式的输出过流保护
   • 输入电压范围内恒定的逐周期峰值电感电流限制
4. ‌灵活的配置选项‌：
   • 四种不同工作模式可启用/禁用扩频和打嗝模式
   • 多路BIAS引脚和VCC引脚连接测试配置
   • 带可选上拉源的电量良好(PGOOD)指示器
5. ‌EMI优化‌：2.1MHz开关频率结合可编程双随机扩频技术有效降低EMI

电气性能参数

参数类别	参数名称	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
‌输入特性‌	输入电压范围	工作状态	3.3	-	9	V
‌输出特性‌	输出电压	VIN=6V~9V	-	12	-	V
	最大输出电流	VIN=6V~9V	-	1.2	-	A
		VIN=3.3V~6V	-	0.6	-	A
	输出过压保护	-	-	-	13.6	V
‌系统特性‌	开关频率	-	-	2.1	-	MHz
	外部时钟同步	-	1.8	-	2.4	MHz
	满负载效率	VIN=6V, IOUT=1.2A	-	92.4	-	%
	结温	-	-40	-	150	°C

关键电路设计

评估模块采用标准升压拓扑结构，核心元件包括：

• ‌功率开关‌：100V N沟道MOSFET (BSS123)
• ‌整流二极管‌：45V/10A肖特基二极管(PMEG045V100EPDAZ)
• ‌储能电感‌：1.5μH屏蔽复合电感(XEL6030-152MEB)，14A额定电流
• ‌输出滤波‌：多颗陶瓷电容并联(总计约68μF)结合100μF聚合物混合电容

‌反馈网络设计‌采用精密电阻分压，关键电阻值包括：

• 上分压电阻：49.9kΩ(1%)
• 下分压电阻：10.0kΩ(1%)

热性能分析

测试数据显示，在不同工作条件下模块表现出良好的热特性：

• ‌3.3V输入/0.6A输出‌：BIAS=3.3V时最高温度点约58°C
• ‌6V输入/1.2A输出‌：BIAS=6V时最高温度点约72°C
• ‌9V输入/1.2A输出‌：热性能最佳，主要元件温升约40°C

值得注意的是，所有热测试均在无强制风冷条件下进行，实际应用中适当散热设计可进一步提升性能。

测试结果分析

1. ‌效率曲线‌：
   • 最佳效率出现在6V输入、约0.8A负载时，达到94%
   • 即使在3.5V低压输入条件下，1A负载时效率仍保持85%以上
2. ‌负载调整率‌：
   • 12V输出在0-1.2A负载变化时，电压波动小于±0.5%
   • 动态负载测试(0.6A↔1.2A阶跃)显示恢复时间<50μs
3. ‌控制环路响应‌：
   • 环路带宽约20kHz，相位裕度>60°
   • 在6V输入、0.6A负载条件下，增益交越频率为15.8kHz

应用设计建议

1. ‌PCB布局要点‌：
   • 采用4层板设计，包含完整的接地平面
   • 功率回路面积最小化，特别是SW节点
   • 敏感模拟信号(如COMP、FB)远离高频开关节点
2. ‌元件选型指南‌：
   • 电感选择：推荐低DCR、饱和电流>15A的屏蔽型功率电感
   • 输出电容：低ESR陶瓷电容(如X7R/X5R)结合聚合物电容优化动态响应
   • 二极管：40V以上肖特基二极管，额定电流≥10A
3. ‌散热设计‌：
   • 在PCB上为功率元件预留足够的铜箔面积散热
   • 高功率应用建议添加散热片或强制风冷

扩展应用

除标准升压配置外，LM5158EVM-BST还可支持：

1. ‌SEPIC拓扑‌：适用于输入电压可能高于或低于输出电压的场合
2. ‌反激拓扑‌：需要隔离输出的应用场景
3. ‌多相并联‌：通过SYNC引脚同步多个模块，扩展输出能力