LMR70503 反相降压 - 升压转换器：小尺寸大能量

在电子设计领域，对于电源管理芯片的追求往往是在有限的空间内实现高效、稳定的电源转换。德州仪器（Texas Instruments）的 LMR70503 反相降压 - 升压转换器就是这样一款极具特色的产品。今天，我们就来深入了解一下 LMR70503 以及其演示板的相关特性。

文件下载：LMR70503EVM/NOPB.pdf

一、LMR70503 芯片特性

1. 小巧封装

LMR70503 采用了超小的 8 凸点 DSBGA 封装（0.84 mm × 1.615 mm × 0.6 mm），这使得它在对空间要求极高的设计中具有很大的优势。想象一下，在一块小小的 PCB 板上，它能够轻松布局，为其他元件腾出更多的空间。

2. 宽输入输出范围

输入电压范围为 2.8 V 至 5.5 V，输出电压可在 -0.9 V 至 -5.5 V 之间调节。这种宽范围的设计使得它能够适应多种不同的电源和负载需求。例如，在一些需要负电压供电的电路中，LMR70503 可以灵活地提供合适的电压。

3. 高性能指标

• 开关电流限制：具有 320 mA 的开关电流限制，能够保证在一定负载下的稳定工作。
• 最低开关频率：最低开关频率限制为 500 kHz，有效避免了音频频率干扰其他系统，这在对音频敏感的应用中尤为重要。
• 无需外部补偿：内置软启动、峰值电流限制、最低开关频率限制和欠压锁定（UVLO）等功能，且无需外部补偿，大大简化了设计过程。

4. 易于使用的使能引脚

使能（EN）引脚参考 IC 地，而不是负输出电压，方便用户从外部电压轨轻松对其进行排序，或者手动设置输入欠压锁定阈值。

二、输出电压选择

LMR70503 演示板通过 J1 可以选择五种输出电压。默认设置为 J1 开路，输出电压为 -5.0 V，由电阻分压器 R1 和 (R{t}) 设置。其计算公式为： [V{OUT }=-V{REF }^{*} R 1 / R{t}] 当 J1 的四个位置之一连接时，该位置与 (V{OUT }) 之间连接的电阻与 R1 并联，从而提供更低幅值的输出电压，可选择 -3.3 V、 -2.5 V、 -1.5 V 和 -0.9 V。如果需要其他输出电压值，可以通过更换 R1 并保持 J1 开路来实现，计算公式为： [R 1=R{t}^{*}left|V{OUT }right| / V{REF}] 其中 (V{REF}) 通常为 1.19 V，(R{t}) 为 100 kΩ，(R_{t}) 可在 20 kΩ 至 100 kΩ 之间选择。

三、工作原理与特性

1. 独特的控制方法

LMR70503 控制器采用了独特的峰值电流模式控制方法，并具有最低开关频率限制。在轻载时，开关频率会随着负载电流的减小而降低，但为了避免进入音频频率范围，最低开关频率被限制在 500 kHz。当开关频率降至最低时，会降低电感电流限制来维持稳压。

2. 使能与禁用

使能引脚（EN）和相关比较器允许用户从外部电压轨轻松对 LMR70503 进行排序，或者手动设置输入欠压锁定阈值。需要注意的是，在使能输入被断言之前，VIN 引脚必须存在有效输入电压（2.8 V ≤ (V{IN}) ≤ 5.5 V），并且 EN 引脚的电压必须始终小于 (V{IN})。

3. 电感和二极管选择

演示板上选择的电感和二极管针对极小的整体解决方案尺寸进行了优化。如果尺寸限制允许，使用更大尺寸的电感和二极管可以提高整体效率。

4. 软启动和软关断

软启动动作与最大峰值电流限制和最小关断时间相关。启动时，电感电流上升到最大峰值电流限制，然后高端开关关断 (T_{OFF-MIN}) 时间，让电感电流对输出电容充电。输出电压达到稳压水平后，LMR70503 将进入稳态运行。关机时，LMR70503 具有输出电压放电功能，可将输出电压降至零伏。

四、快速设置步骤

1. 连接电源

将电源连接到 VIN 端子。

2. 连接负载

将负载连接到 VOUT 端子。

3. 使能设置

EN 端子在正常操作时可以悬空，也可以连接到外部信号进行排序。

4. 电压检查

设置 (V{IN}=5 V)，在无负载情况下，用电压表检查 (V{OUT })，标称值为 -5 V。

5. 负载测试

施加 50 mA 负载，再次检查 (V_{OUT })，标称值仍为 -5 V。

五、演示板布局与特性

1. 边缘连接器

边缘连接器的顶侧连接到 LMR70503 演示板的电源走线，底侧为信号引脚。VINS、VOUTS 和 GNDS 引脚分别用于 (V{IN})、(V{OUT}) 和地的感应，通过靠近 IC 的网络连接到电源网络，可用于更准确的效率测量。

2. 四层板设计

演示板为四层板，有两个内部接地层。其顶层和底层的布局设计合理，有助于提高电路的稳定性和性能。

六、典型性能特性

在典型测试条件下（(V{IN}=3.3 V)，(V{OUT }=-5.0 V)，(V{EN}=1.8 V)，(C{IN}=10 µF)，(C{OUT }=2 ×22 mu F)，(L=6.8 mu H)，(T{AMBIENT }=25^{circ} C)），LMR70503 表现出了良好的性能。通过观察典型开关波形，可以进一步了解其在不同负载下的工作情况。

总的来说，LMR70503 以其小巧的封装、宽范围的输入输出电压、高性能的指标以及易于使用的特性，为电子工程师在电源设计方面提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们可以根据具体需求灵活选择输出电压，合理设置使能和负载，充分发挥其优势。大家在使用 LMR70503 时，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享。