探索LM5642评估板：双路同步降压转换器的实用指南

在电子设计领域，电源管理一直是至关重要的环节。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的LM5642评估板，它是一款双路、电流模式、同步降压转换器控制器，为工程师们提供了强大而灵活的电源解决方案。

文件下载：LM5642EVAL-KIT.pdf

1. LM5642 IC简介

LM5642 IC 能够处理高达 36V 的输入电压，并提供两个独立的输出电压，范围从 1.23V 到输入电压的 90%。电流感测可以通过专用电阻或高端 FET 的 (R_{DS(ON)}) 来实现。针对这两种方法，TI 分别提供了专用的评估 PCB。

2. 电阻感测 PCB

2.1 工作原理

电阻感测是电流模式控制器中更常见的电流感测方法。在每个通道的高端 FET 串联一个外部感测电阻，当负载电流通过时，感测电阻会提供一个准确的电压，并且其电阻随温度的变化稳定且呈线性。

2.2 标准配置

出厂时，电阻感测 PCB 设计为在通道 1 提供 1.8V 输出，最大电流为 7A；在通道 2 提供 3.3V 输出，最大电流为 4A。输入电压范围为 5.5 至 36V。该板具有很高的灵活性，用户可以通过更换原始组件来实现多种电路配置。

2.3 电路特点

• 电流感测滤波器：在电阻感测评估板的电流感测放大器输入处添加了 R - C 滤波器（由 C3、C4、C14、C15、R2、R6 和 R16 组成），可降低对开关噪声的敏感度，特别是在高电流、负载瞬变和短导通时间的电路中。
• 并行操作：LM5642 电阻感测评估板的两个通道可以并联，以提供一个高电流轨。在标称开关频率 200kHz 时，转换器将以 180° 异相运行。但在与频率同步功能结合使用时需要注意，当频率高于或低于 200kHz 时，两个通道将不再保持 180° 异相。

3. (V_{DS}) 感测 PCB

3.1 工作原理

LM5642 IC 提供了第二种电流感测机制，即使用高端 FET 的 (R{DS(ON)}) 来感测负载电流。这种方法可以减少 BOM 中的零件数量，但 FET 的 (R{DS(ON)}) 不如感测电阻那样易于控制，并且其电阻随温度的变化是非线性的。因此，在这种模式下，IC 对噪声更为敏感，特别是在输入电压高于 30V 时。

3.2 标准配置

(V_{DS}) 感测板设计为在通道 1 提供 1.8V 输出，最大电流为 5A；在通道 2 提供 3.3V 输出，最大电流为 4A。

4. 其他特性

4.1 频率同步

在 LM5642 评估板的两个版本上都有一个标记为 “SYNC” 的连接点，可用于将 IC 的开关频率调整在 150 至 250kHz 之间。可以使用 CMOS 和 TTL 电平的方波信号。SYNC 输入的最小低到高转换阈值为 2.0V，最大高到低阈值为 0.8V，并且 SYNC 引脚通过一个 220kΩ 的下拉电阻接地。

4.2 低输入电压操作

当输入电压在 4.5V 至 5.5V 之间时，应在 R26 位置安装一个 4.7Ω 的电阻，以确保 VLIN5 不低于 IC 的 UVLO 阈值。安装 R26 后，输入电压不得超过 5.5V。

4.3 栅极驱动电流限制

LM25642 IC 包含强大的栅极驱动器，可高速驱动小 FET，但可能会在板上引入噪声或振铃。通过在 CBOOT1 和 CBOOT2 引脚串联电阻（R9、R18）可以减慢栅极驱动器的速度，从而减少噪声，但这也会增加顶部 FET 的开关损耗和栅极电荷损耗。通常，栅极驱动限制电阻的值在 1 至 5Ω 之间，默认情况下 R9 和 R18 为 0Ω。

4.4 并联低侧肖特基二极管

LM5642 评估板上有用于肖特基二极管 D4 和 D5（SMB 封装或更小）的焊盘，将这些二极管放置在 PCB 上可以提高效率，因为肖特基二极管的正向电压降和反向恢复电荷比底部 FET 的寄生二极管低。

4.5 并联低侧 FET

在两个板上都有 Q3 和 Q6 焊盘，可用于在每个通道的低侧并联两个 SO - 8 N - FET。并联 FET 可以降低系统的 (R_{DS(ON)})，并将负载电流产生的热量分散到两个封装中，这对于高输入电压和低输出电压的转换器尤为重要。

4.6 额外焊盘

评估板还提供了额外的焊盘，可用于在输入和输出电容器上并联更多的表面贴装或通孔电容器（引脚间距为 3.5 或 5mm）。

总结

LM5642 评估板为工程师们提供了一个全面的平台，用于测试和评估双路同步降压转换器的性能。通过电阻感测和 (V_{DS}) 感测两种方法，以及丰富的特性和灵活的配置选项，工程师们可以根据具体应用需求进行定制设计。在实际使用中，需要根据不同的工作条件和性能要求，合理选择感测方法和调整相关参数，以实现最佳的电源管理效果。你在使用类似评估板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。