深入解析LM2731/LM2733评估板：从原理到应用

在电子工程领域，开关稳压器一直是电源设计的核心部件。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的LM2731和LM2733这两款高频率开关升压稳压器，以及它们对应的评估板。这两款稳压器以其小尺寸和高功率转换效率在市场上备受关注，下面让我们详细了解它们的特性、应用电路以及组件选择等方面的内容。

文件下载：LM2731XEVAL.pdf

一、LM2731与LM2733概述

LM2731和LM2733是高频率开关升压稳压器，有“X”和“Y”两个版本。“X”版本的开关频率为1.6MHz，“Y”版本为600kHz。它们的主要区别在于内部开关FET的特性：LM2731具有较高电流的内部开关FET（击穿电压较低），适用于在较低输出电压下需要较高负载电流的应用；而LM2733则具有较高电压的FET，但处理的电流较少，目标应用为输出电压较高的场景。

二、评估板基本应用电路

评估板的基本应用电路为我们提供了组件的设计标识。不同版本的LM2731和LM2733在特定输入输出电压和电流条件下，所需的组件有所不同。以下是各版本的物料清单：

1. LM2733Y（ (V{IN}=5 ~V) , (V{OUT }=12 ~V) , (I_{OUT }=250 ~mA) ）

Designation	Description	Size	Manufacturer Part #	Vendor
C1	Cap 2.2µF 16V	1206	EMK316BJ225ML	Taiyo Yuden
C2	Cap 4.7µF 16V	1812	EMK432BJ475ML	Taiyo Yuden
C3	Cap 220pF 50V	0805	VJ0805A221JXACW1BC	Vishay
R1	RES, 51k Ohm, 5%, 0.1W	0805	CRCW080551K0JNEA	Vishay
R2	RES, 118k Ohm, 1%, 0.1W	0805	CRCW0805118KFKEA	Vishay
R3	RES, 13.3k Ohm, 1%, 0.1W	0805	CRCW080513K3FKEA	Vishay
L1	Shielded Inductor 10µH 4A		CDRH125-100MC	Sumida
D1	Diode 20V 0.5A	SOT23	MBR0520	International Rectifier
U1	IC LM2733YMF			Texas Instruments

2. LM2733X（ (V{IN}=5 ~V) , (V{OUT }=12 ~V) , (I_{OUT }=250 ~mA) ）

其物料清单与LM2733Y基本相同，只是芯片为IC LM2733XMF。

3. LM2731Y（ (V{IN}=3.3 ~V) , (V{OUT }=5 ~V) , (I_{OUT }=500 ~mA) ）

Designation	Description	Size	Manufacturer Part #	Vendor
C1	Cap 2.2µF 16V	1206	EMK316BJ225ML	Taiyo Yuden
C2	Cap 22µF 16V	1812	EMK432BJ226ML	Taiyo Yuden
C3	Cap 470pF 50V	0805	VJ0805A471JXAMX	Vishay
R1	RES, 51k Ohm, 5%, 0.1W	0805	CRCW080551K0JNEA	Vishay
R2	RES, 40.2k Ohm, 1%, 0.1W	0805	CRCW08054022F	Vishay
R3	RES, 13.3k Ohm, 1%, 0.1W	0805	CRCW080513K3FKEA	Vishay
L1	Shielded Inductor 4.7µH 1.68A		NRS6012T6R8MMGJ	Taiyo Yuden
D1	Diode 20V 0.5A	SOT23	MBR0520	International Rectifier
U1	IC LM2731YMF			Texas Instruments

4. LM2731X（ (V{IN}=5 ~V) , (V{OUT }=12 ~V) , (I_{OUT }=500 ~mA) ）

其物料清单大部分与其他版本相似，芯片为IC LM2731XMF，电感为CDH53 - 4R7MC。

三、输出电压调整

输出电压可以通过R2和R3来设置，公式为： [OUT =1.23(R 2 / R 3)+1.23] 求解R2可得： [R2=left(V_{OUT }-1.23right) / 1.23 × R 3] 评估板出厂时R3安装的是13.3k电阻，我们可以根据上述公式计算出任意输出电压下R2的合适值。

四、前馈补偿

前馈电容C3应选择合适的值，以使补偿零点设置在大约8 kHz。C3的值通过以下公式计算： [C 3=1 /(2 × pi × 8 k × R 2)] 需要注意的是，C3的值是在为特定应用所需的输出电压选择R2之后计算得出的。

五、组件选择指南

1. 电感器L1

电感量的需求取决于开关频率、占空比和允许的纹波电流。对于大多数应用，10 µH是一个不错的选择。在低升压比（如3.3V到5V）的情况下，LM2731的环路稳定性要求电感不超过6.8 µH。如果输出电流较小，可以使用更小的电感，但较小电感产生的较高纹波电流意味着最大平均电流（和功率）会降低。占空比也会影响纹波电流，因为开关导通时间决定了电流上升的时间。在设计时，必须在应用的整个温度范围内验证最大负载电流，以确保电感量足够。当负载电流较小时，使用较小的电感在经济上更合理，并且部分应用可以在不连续模式下运行（电感电流在每个开关周期降至零），这不仅无害，还能提高稳定性（相位裕度）。

2. 二极管D1

由于开关速度快，D1必须使用肖特基二极管。为了保证安全设计裕度，二极管的额定电压（最小值）应至少比输出电压高5V，其平均电流额定值应至少比应用的最大输出负载电流大50%。

3. 输出电容C2

LM273X使用的输出电容必须是X7R或X5R类型的优质陶瓷电容，Z5U或Z5F类型由于施加电压会降低有效电容，无法提供足够的电容值。输出电容对于稳定性也至关重要。对于LM2733，在输出电压为10V或更高时，建议最小使用4.7 µF；在较低输出电压时，使用10 - 22 µF。一般来说，负载电流越高，为保证稳定性所需的输出电容就越多。对于LM2731，在5V到12V的应用中至少使用10 µF，在低升压比（如3.3到5V）时使用22 µF。可以通过负载阶跃测试来验证特定应用在整个工作温度范围内的稳定性，即突然将负载电流从无负载增加到满负载，观察输出电压波形上的振铃情况来判断设计的稳定性。

六、总结

LM2731和LM2733评估板为我们提供了一个很好的平台来测试和应用这两款高频率开关升压稳压器。在设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，仔细选择合适的组件，确保输出电压的稳定性和电源的高效转换。同时，要注意组件的参数和特性，以满足不同应用场景的要求。大家在实际设计中是否遇到过类似的组件选择问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。