LMR12020 降压转换器评估模块使用指南

在电源设计领域，拥有一个功能完备且易于评估的降压转换器模块至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的 LMR12020 降压转换器评估模块就是这样一个出色的工具。今天，我们就来详细了解一下这个评估模块。

文件下载：LMR12020XSDEVM/NOPB.pdf

一、引言

LMR12020 评估模块专为电源设计工程师打造，提供了一个功能齐全的稳压器设计方案。它能够与 1000 kHz 至 2350 kHz 之间的外部时钟同步。该模块有 3.3 V 和 5 V 两种输出电压选项，且具备 2 - A 的电流输出能力。在没有外部同步信号时，设计以 2000 kHz 的频率运行，这不仅减小了方案尺寸，还避免了开关噪声干扰 AM 无线电频段。其 PCB 采用 FR4 材料，有四层铜层，其中第一个中间层是实心接地层，有助于最小化交流电流回路。同时，LMR12020 通过位于器件正下方的热过孔与其他层进行热连接。

二、特性

参数	3.3 - V 输出电压选项	5 - V 输出电压选项
输入范围	5 V 至 20 V	7 V 至 20 V
输出电压	3.3 V	5 V
输出电流	0 A 至 2 A	0 A 至 2 A
工作频率	1000 kHz 至 2350 kHz	1000 KHz 至 2350 kHz
默认工作频率	2000 kHz	2000 kHz
板尺寸	1.944 × 1.35 英寸（49.37 × 34.29 mm）	1.944 × 1.35 英寸（49.37 × 34.29 mm）

从这些特性中我们可以看出，LMR12020 评估模块在不同的输入输出条件下都能稳定工作，满足多样化的设计需求。大家在实际设计中，要根据具体的应用场景来选择合适的输出电压选项。

三、评估模块原理图

评估模块的原理图展示了各个元件的连接方式和信号流向。原理图可以帮助我们更好地理解模块的工作原理，在进行电路分析和故障排查时，原理图是非常重要的依据。你能从原理图中找到哪些关键元件呢？

四、供电和负载考虑

1. 快速启动程序

• 步骤 1：将工作台电源的电流限制设置为 2 A，电压设置为 12 V，关闭电源输出，然后将电源连接到 LMR12020 演示板，正极连接 (V_{IN})，负极连接 GND。
• 步骤 2：将高达 2 A 的负载连接到 (V{OUT}) 端子，正极连接 (V{OUT})，负极连接 GND。
• 步骤 3：在 LMR12020 无负载且跳线 J1 的分流器就位的情况下打开工作台电源，此时 (V{OUT}) 应在标称 3.3 - V 输出下处于稳压状态。若分流器移除，则需要至少 10 mA 的负载才能使 (V{OUT}) 在 5 V 下处于稳压状态。
• 步骤 4：逐渐增加负载，直到 2 A，(V{OUT}) 应保持稳压。当输入电压从最小值扫至 20 V 时，(V{OUT}) 也应保持稳压。

2. 启动

EN 引脚连接到 (V_{IN}) 以简化启动过程。上拉电阻允许电源设计工程师根据需要独立切换 EN 引脚，并观察 LMR12020 的启动行为。通过将该节点拉至 GND 可禁用设备，也可向该引脚施加逻辑信号来测试设备的启动和关闭。

3. 同步

评估板上提供了 SYNC 引脚，该引脚可用于将稳压器与外部时钟同步，或者通过将多个评估板的 SYNC 引脚连接在一起实现多个评估板的同步。

4. 高输出电压下的无负载启动

当输出电压高于 3.3 V 时，LMR12020 无法在无负载情况下启动。如需了解最小负载要求的更多信息，请参考 LMR12020 数据手册。板上提供了一个假负载的位置，安装一个 500 - Ω 的电阻有助于在 5 - V 输出电压选项下实现无负载启动。

5. 调整输出电压

输出电压可使用以下公式设置：[V{OUT}=V{FB}left(1+left(R{fbt} / R{fbb}right)right) / 2 / 2]，其中 (R{fbb}) 连接在 FB 引脚和 GND 之间，(R{fbt}) 连接在 (V_{OUT}) 和 FB 之间。需要注意的是，调整输出电压会影响 LMR12020 的性能，并且输出电容器可能不适合新的输出电压。

6. 典型测试设置

文档中给出了效率测量、电压纹波测量和边缘连接器原理图等典型测试设置的图示，这些设置有助于我们对模块的性能进行准确评估。

五、板卡图像

文档提供了评估模块的顶面和底面图像，通过这些图像我们可以直观地看到模块的布局和元件分布，对于实际的安装和调试有很大的帮助。你能从图像中识别出各个元件的位置吗？

六、性能特性

通过效率与负载电流的关系图、负载瞬态波形图、启动波形图以及开关节点和输出电压波形图等，我们可以全面了解 LMR12020 在不同条件下的性能表现。例如，从效率与负载电流的关系图中，我们可以看到在不同输入电压和输出电压下，模块的效率随负载电流的变化情况。这对于我们优化电源设计，提高能源利用效率非常有帮助。

七、物料清单

详细列出了评估模块所使用的各种元件，包括元件名称、ID、值、型号和制造商等信息。这对于我们进行元件的替换和采购非常有指导意义。

八、PCB 布局

提供了 PCB 的顶层铜层、顶层覆盖层、内部层 1、内部层 2、底层铜层和底层覆盖层的图像。合理的 PCB 布局对于模块的性能和稳定性至关重要，从这些布局图中我们可以学习到如何进行有效的布线和元件布局。

九、修订历史

记录了从修订版 A（2013 年 4 月）到修订版 B（2021 年 12 月）的更改，包括文档中表格、图形和交叉引用的编号格式更新、用户指南标题的更新以及内容的编辑等。了解修订历史可以让我们清楚地知道文档的更新情况，避免使用过时的信息。

总之，LMR12020 降压转换器评估模块为电源设计工程师提供了一个全面且实用的评估平台。通过深入了解其特性、原理图、供电和负载考虑等方面的内容，我们可以更好地利用这个模块进行电源设计和优化。大家在实际使用过程中，有没有遇到过一些特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。