深入解析LM2731/LM2733評估板：從原理到應(yīng)用

在電子工程領(lǐng)域，開關(guān)穩(wěn)壓器一直是電源設(shè)計的核心部件。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的LM2731和LM2733這兩款高頻率開關(guān)升壓穩(wěn)壓器，以及它們對應(yīng)的評估板。這兩款穩(wěn)壓器以其小尺寸和高功率轉(zhuǎn)換效率在市場上備受關(guān)注，下面讓我們詳細(xì)了解它們的特性、應(yīng)用電路以及組件選擇等方面的內(nèi)容。

文件下載：LM2731XEVAL.pdf

一、LM2731與LM2733概述

LM2731和LM2733是高頻率開關(guān)升壓穩(wěn)壓器，有“X”和“Y”兩個版本?！癤”版本的開關(guān)頻率為1.6MHz，“Y”版本為600kHz。它們的主要區(qū)別在于內(nèi)部開關(guān)FET的特性：LM2731具有較高電流的內(nèi)部開關(guān)FET（擊穿電壓較低），適用于在較低輸出電壓下需要較高負(fù)載電流的應(yīng)用；而LM2733則具有較高電壓的FET，但處理的電流較少，目標(biāo)應(yīng)用為輸出電壓較高的場景。

二、評估板基本應(yīng)用電路

評估板的基本應(yīng)用電路為我們提供了組件的設(shè)計標(biāo)識。不同版本的LM2731和LM2733在特定輸入輸出電壓和電流條件下，所需的組件有所不同。以下是各版本的物料清單：

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

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

其物料清單與LM2733Y基本相同，只是芯片為IC LM2733XMF。

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

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

其物料清單大部分與其他版本相似，芯片為IC LM2731XMF，電感為CDH53 - 4R7MC。

三、輸出電壓調(diào)整

輸出電壓可以通過R2和R3來設(shè)置，公式為： [OUT =1.23(R 2 / R 3)+1.23] 求解R2可得： [R2=left(V_{OUT }-1.23right) / 1.23 × R 3] 評估板出廠時R3安裝的是13.3k電阻，我們可以根據(jù)上述公式計算出任意輸出電壓下R2的合適值。

四、前饋補償

前饋電容C3應(yīng)選擇合適的值，以使補償零點設(shè)置在大約8 kHz。C3的值通過以下公式計算： [C 3=1 /(2 × pi × 8 k × R 2)] 需要注意的是，C3的值是在為特定應(yīng)用所需的輸出電壓選擇R2之后計算得出的。

五、組件選擇指南

1. 電感器L1

電感量的需求取決于開關(guān)頻率、占空比和允許的紋波電流。對于大多數(shù)應(yīng)用，10 μH是一個不錯的選擇。在低升壓比（如3.3V到5V）的情況下，LM2731的環(huán)路穩(wěn)定性要求電感不超過6.8 μH。如果輸出電流較小，可以使用更小的電感，但較小電感產(chǎn)生的較高紋波電流意味著最大平均電流（和功率）會降低。占空比也會影響紋波電流，因為開關(guān)導(dǎo)通時間決定了電流上升的時間。在設(shè)計時，必須在應(yīng)用的整個溫度范圍內(nèi)驗證最大負(fù)載電流，以確保電感量足夠。當(dāng)負(fù)載電流較小時，使用較小的電感在經(jīng)濟上更合理，并且部分應(yīng)用可以在不連續(xù)模式下運行（電感電流在每個開關(guān)周期降至零），這不僅無害，還能提高穩(wěn)定性（相位裕度）。

2. 二極管D1

由于開關(guān)速度快，D1必須使用肖特基二極管。為了保證安全設(shè)計裕度，二極管的額定電壓（最小值）應(yīng)至少比輸出電壓高5V，其平均電流額定值應(yīng)至少比應(yīng)用的最大輸出負(fù)載電流大50%。

3. 輸出電容C2

LM273X使用的輸出電容必須是X7R或X5R類型的優(yōu)質(zhì)陶瓷電容，Z5U或Z5F類型由于施加電壓會降低有效電容，無法提供足夠的電容值。輸出電容對于穩(wěn)定性也至關(guān)重要。對于LM2733，在輸出電壓為10V或更高時，建議最小使用4.7 μF；在較低輸出電壓時，使用10 - 22 μF。一般來說，負(fù)載電流越高，為保證穩(wěn)定性所需的輸出電容就越多。對于LM2731，在5V到12V的應(yīng)用中至少使用10 μF，在低升壓比（如3.3到5V）時使用22 μF?？梢酝ㄟ^負(fù)載階躍測試來驗證特定應(yīng)用在整個工作溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，即突然將負(fù)載電流從無負(fù)載增加到滿負(fù)載，觀察輸出電壓波形上的振鈴情況來判斷設(shè)計的穩(wěn)定性。

六、總結(jié)

LM2731和LM2733評估板為我們提供了一個很好的平臺來測試和應(yīng)用這兩款高頻率開關(guān)升壓穩(wěn)壓器。在設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，仔細(xì)選擇合適的組件，確保輸出電壓的穩(wěn)定性和電源的高效轉(zhuǎn)換。同時，要注意組件的參數(shù)和特性，以滿足不同應(yīng)用場景的要求。大家在實際設(shè)計中是否遇到過類似的組件選擇問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。