LM25010评估板：设计与应用全解析

作为电子工程师，在电源设计领域，LM25010评估板是一款值得深入研究的工具。今天，我们就来详细探讨一下这款评估板的设计特点、工作原理以及实际应用中的注意事项。

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评估板概述

LM25010EVAL评估板为设计工程师提供了一个功能完备的降压调节器，采用恒定导通时间（COT）工作原理。它能在6V - 42V的输入电压范围内提供5V的输出电压，电路可提供高达1A的负载电流，电流限制设置约为1.3A。除R6和C9 - C11外，评估板已安装所有外部组件，这些组件可用于降低输出纹波。

主要规格参数

• 输入电压：6V至42V
• 输出电压：5V
• 最大负载电流：1.0A
• 最小负载电流：0A
• 电流限制：1.3A
• 测量效率：在 (V{IN}=6V) ， (I{OUT }=200mA) 时为95.5%
• 标称开关频率：200kHz
• 尺寸：2.25英寸 x 0.88英寸 x 0.47英寸

工作原理

评估板的导通时间根据以下公式计算： [t{ON}=frac{1.18 × 10^{-10} times(R 1+1.4 k)}{left(V{IN}-1.4 Vright)}+67 ns] 导通时间范围从 (V{IN }=6V) 时的约5000ns到 (V{IN}=42V) 时的约650ns，且与 (V_{IN }) 成反比，以保持近乎恒定的开关频率。每个导通时间结束时，最小关断定时器确保降压开关至少关断260ns。在关断期间，输出电容（C7）由负载电流放电。当输出电压下降到FB引脚电压低于2.5V时，调节比较器启动新的导通时间周期。为实现稳定的固定频率操作，FB引脚需要约25mV的纹波来切换调节比较器。

评估板使用注意事项

布局与探测

• 散热：在高输入电压和高负载电流下工作时，需要强制空气流动，因为LM25010和二极管D1会发热。
• 安全：在高输入电压下探测电路时要格外小心，防止受伤和电路损坏。
• 负载连接：在最大负载电流（1A）时，连接负载的电线尺寸和长度很重要，要确保评估板与负载之间的电线没有明显的电压降。

连接与启动

输入连接到J1连接器，负载通常连接到J3连接器的OUT1和GND端子。启动前，应在输入和输出端子连接电压表，用电流表或电流探头监测负载电流。建议将输入电压逐渐增加到6V，此时输出电压应为5V。如果输出电压正确，可根据需要增加输入电压并评估电路。

降低输出纹波

LM25010在FB引脚需要至少25mVp - p的纹波，且与SW引脚的开关波形同相，以确保正常工作。以下是几种降低输出纹波的方法：

纹波降低选项A

评估板默认安装C8， (R 4 = 0.68Ω) ，C8将输出纹波直接耦合到FB，提供相对较低的输出纹波。C8的最小值根据以下公式计算： [C 8=frac{L{G N(max )}}{(R 2 / / R 3)}] 其中 (t{ON(max )}) 是最小 (V{IN }) 时的最大导通时间，R2//R3是R2和R3的等效并联值。对于该评估板， (t{ON(max )}) 约为5000ns， (R 2 / / R 3 = 2.5kΩ) ，因此C8的最小值为0.002µF。输出纹波幅值在 (V_{IN }) 变化范围内为30mVp - p至150mVp - p。

纹波降低选项B

添加R6、C9、C10，将R4替换为零欧姆，C8和C11位置留空。R6和C9用于在其结点产生30 - 40mVp - p的三角波，该三角波通过C10耦合到FB引脚。计算R6、C9和C10值的步骤如下：

1. 计算电压 (V{A}) ： [V{A}=V{CA} pi - (V{sw}, x(1-(V{our}/Vin)))] 其中 (V{SW}) 是关断期间SW引脚电压的绝对值（通常为1V），Vin是最小输入电压。对于该电路， (V_{A}) 计算为4.83V。
2. 计算R6•C9乘积： [R 6 cdot C 9=frac{left(Vin-V{A}right) × t{ON}}{Delta V}] 其中 (t{ON}) 是最小 (V{IN }) 时的导通时间（约5µs）， (Delta V) 是R6/C9结点所需的纹波幅值（本例为30mV）。计算得到 (R 6 cdot C 9 = 1.95 × 10^{4}) 。选择标准值组件满足该乘积，例如C9为1000pF，R6为195kΩ，C10为0.01µF。在连续导通模式下（负载电流在120mA至1.3A之间）， (V_{OUT1}) 的纹波范围为3mVp - p至11mVp - p；在非连续导通模式下（负载电流低于120mA），纹波范围为约40mVp - p至约120mVp - p；在电流限制模式下，纹波范围为约100mVp - p至约300mVp - p。

纹波降低选项C

将负载连接到 (V_{OUT2}) （保留R4）。该输出的纹波在输入电压范围内为约3mVp - p至约10mVp - p，但由于R4的存在， (OUT2) 的负载调节不如 (OUT1) 好。此选项适用于负载电流相对恒定的应用。

增加电流限制

评估板的电流限制在负载电流约为1.3A时启动。如果需要为特定应用增加电流限制，必须在板上添加R5。确定该电阻的合适值，请参考LM25010/LM25010Q 42V，1.0A降压开关稳压器数据手册（SNVS419）。

最小负载电流

LM25010需要约500µA的最小负载电流，以确保升压电容（C6）在每个关断期间充分充电。在该评估板中，反馈电阻（R2，R3）提供最小负载电流，使 (OUT1) （或 (OUT2) ）的最小负载电流可指定为零。

总结

LM25010评估板是一款功能强大的降压调节器评估工具，通过合理的设计和使用，可以满足不同应用场景的需求。在实际应用中，我们需要根据具体要求选择合适的纹波降低方法和电流限制设置，同时注意布局、散热和安全等问题。希望本文能为电子工程师在使用LM25010评估板时提供一些有用的参考。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。