探索LMZ10503/4 SIMPLE SWITCHER® 电源模块：高效DC - DC解决方案

在电子设计领域，一款性能卓越的DC - DC电源模块能为项目带来极大的便利和稳定性。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的LMZ10503/4 SIMPLE SWITCHER电源模块及其演示板。

文件下载：LMZ10504DEMO/NOPB.pdf

模块概述

LMZ10503/4 SIMPLE SWITCHER电源模块是一款完整且易于使用的DC - DC解决方案。它能够驱动高达4A的负载，具备出色的功率转换效率、输出电压精度以及线路和负载调节能力。其采用创新封装，不仅提升了热性能，还支持手工或机器焊接。

该模块的输入电压范围为2.95V至5.5V，可提供低至0.8V的可调且高精度输出电压。1MHz的固定频率PWM开关提供了可预测的EMI特性。通过调整两个外部补偿组件，能设置最快的响应时间，同时支持使用陶瓷和/或电解输出电容器。此外，外部可编程软启动电容器有助于实现可控启动。

封装亮点

1. 易于安装和制造：采用单外露焊盘和标准引脚排列，方便安装和生产。
2. 小巧的封装尺寸：仅为10.2 x 13.8 x 4.6 mm（0.4 x 0.39 x 0.18 in）。
3. 高输出功率：最大总输出功率可达20W。
4. 缩小的演示板尺寸：演示板尺寸为1.7” x 2.3”（4.3 cm x 5.8 cm）。

演示板特性

电源参数

• 输入电压范围：2.95V - 5.5V。
• 输入欠压锁定（UVLO）：2.7V。
• 可调输出电压范围：0.8V至5V。
• 输出电流：LMZ10504可达4A，LMZ10503可达3A。

其他特性

• 集成屏蔽电感：模块内集成了屏蔽电感，有助于减少电磁干扰。
• 高效率：在1A负载下效率高达96%。
• 全陶瓷电容设计：提高了稳定性和可靠性。
• 部分补偿：允许调整控制回路。
• 预偏置负载启动：可在预偏置负载下启动。
• 高精度反馈电压：在温度范围内最大反馈电压精度为±1.63%，在全线路、负载和温度条件下为±2.5%。
• 热关断保护：当温度过高时自动关断，保护模块。
• 少量外部无源元件：仅需9个外部无源元件加模块本身。
• 低成本双层组装：降低了成本。

典型应用

该模块适用于多种应用场景，包括：

• 负载点转换：可用于3.3V和5V轨的负载点转换。
• 空间受限应用：小巧的封装适合空间有限的设计。
• 极端温度/无气流环境：具备较好的热性能，能在恶劣环境下工作。
• 对噪声敏感的应用：如收发器、医疗设备等。
• 工业控制：满足工业控制领域对电源稳定性的要求。
• 网络设备：为网络设备提供稳定的电源。

电气参数

绝对最大模块额定值

参数	数值
VIN 到 GND	-0.3V 至 6V
EN、FB、SS 到 GND	-0.3V 至 6V

模块工作额定值

参数	数值
VIN	2.95V 至 5.5V
结温范围（TJ）	-40°C 至 +125°C

演示板工作额定值

参数	数值
VIN	2.95V 至 5.5V
VOUT	2.5V
IOUT	0A 至 4A 或 0A 至 3A
软启动时间	4 ms
工作环境温度范围（TA）	-40°C 至 +94°C（满载 4A 时）
θJA	30°C/W
θJC	1.9°C/W
电路板尺寸	1.7 x 2.3（4.3 cm x 5.8 cm）
层数	2

演示板连接

输出电压设置

通过选择不同的反馈电阻 (R_{fbb}) 可以设置不同的输出电压，具体如下：	VOUT	Rfbb
3.3 V	23.7 kΩ
2.5 V	34.8 kΩ
1.8 V	59 kΩ
1.5 V	84.5 kΩ
1.2 V	150 kΩ
0.9 V	590 kΩ

连接方法

• VOUT：将负载连接到VOUT和其中一个GND引脚。模块可根据安装的模块提供高达3A或4A的负载电流。
• VIN：将VIN连接到2.95至5.5V范围内的正电压，将电源的负端连接到标有GND的引脚之一。
• EN：使能引脚通过一个100 kΩ上拉电阻配置，可通过将EN引脚拉低来禁用LMZ10503/4。
• 静态电流：当使能引脚拉低时，模块将被禁用，约260 µA的电源电流将流入VIN（引脚1）。若要启用设备，让使能引脚开路，此时VIN引脚将有大约12 mA的无负载静态电流（VIN到地电压设置为3.3V）。

演示板无源组件

软启动电容器

软启动电容器控制首次上电和故障模式清除后输出电压的上升时间。

反馈分压器

通过选择两个电阻 (R{fbb}) 和 (R{fbt}) 来编程调节器输出电压。 (C{comp}) 和 (R{comp}) 与上反馈分压器电阻 (R_{fbit}) 并联，这些组件可调整控制回路，改善负载电流和输入电压突变时的阶跃响应。

输出电容器

输出电容器采用两个47 µF 6.3V多层陶瓷电容器并联。

输入电容器

一个47 µF 16V多层陶瓷电容器 (C{in1}) 为内部MOSFET的快速上升时间产生的快速开关电流供电，同时也是输入线路的能量存储元件。 (C{in2}) 未安装，但可作为铝电容器的占位符，以减少连接台式电源和评估板的电缆中的电感和电阻产生的输入线路谐振。

性能特性

文档中给出了一系列性能曲线，包括效率、电流降额、负载瞬态响应和输出电压纹波等。这些曲线展示了LMZ10504演示板在不同条件下的性能表现，例如在 (V{out}=2.5 V) 、 (T{AMB}=25^{circ} C) 时的效率曲线，以及不同输出电压和负载电流下的电流降额曲线等。通过这些曲线，工程师可以更直观地了解模块在实际应用中的性能。

总结

LMZ10503/4 SIMPLE SWITCHER电源模块凭借其高效、高精度和易于使用的特点，为电子工程师提供了一个可靠的DC - DC解决方案。无论是在空间受限、对噪声敏感还是极端环境的应用中，该模块都能表现出色。其演示板的设计也为工程师提供了一个方便的测试和验证平台。在实际设计中，工程师可以根据具体需求，合理选择输出电压、调整无源组件参数，以实现最佳的性能。

各位电子工程师们，你们在实际项目中是否使用过类似的电源模块呢？遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。