深入剖析 AN - 2016 LM34919B 評估板：設(shè)計與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計領(lǐng)域，評估板是工程師們驗證和測試電路性能的重要工具。今天我們就來詳細探討一下 AN - 2016 LM34919B 評估板，它為設(shè)計工程師提供了一個功能完備的降壓調(diào)節(jié)器，采用恒定導(dǎo)通時間（COT）工作原理。

文件下載：LM34919BEVAL/NOPB.pdf

評估板概述

基本規(guī)格

該評估板輸入電壓范圍為 6V 至 24V，能提供 3.3V 的穩(wěn)定輸出電壓。最大負載電流可達 600 mA，電流限制標稱值為 800 mA，實測效率在 (V{IN }=6 ~V) 、 (I{OUT }=300 ~mA) 時為 88.7%，標稱開關(guān)頻率為 1.5 MHz，尺寸為 2.6 in. x 1.6 in. x 0.5 in。不過，板上除 R5、C9 和 C10 外，其余組件均已安裝，這幾個組件為管理輸出紋波提供了可選方案。

工作原理

評估板的導(dǎo)通時間由 R1 和 (V{IN }) 決定，計算公式為 [t{ON}=frac{0.565 × 10^{-10} times(R 1+1.4 k Omega)}{V{IN}-1.5 V}+55 ns] 。導(dǎo)通時間在 (V{IN}=6 ~V) 時約為 424 ns，在 (V{IN}=24 ~V) 時約為 129 ns，且與 (V{IN }) 成反比，以保持近乎恒定的開關(guān)頻率。每個導(dǎo)通時間結(jié)束后，最小關(guān)斷定時器確保降壓開關(guān)至少關(guān)斷 88 ns。在關(guān)斷期間，負載電流由輸出電容（C7、C8）提供。當輸出電壓下降到使 FB 引腳電壓低于 2.5V 時，調(diào)節(jié)比較器啟動新的導(dǎo)通時間周期。為實現(xiàn)穩(wěn)定的固定頻率操作，F(xiàn)B 引腳需要至少 25 mV 的紋波來切換調(diào)節(jié)比較器。電流限制閾值在 (V{IN }=6 ~V) 時為 780 mA，在 (V{IN }=24 ~V) 時為 812 mA，其變化是由于 (V_{IN }) 變化時紋波電流幅度的改變。

布局與探測注意事項

布局

從圖 1 可以看到電路組件的布局。在給評估板供電時，需要注意在高輸入電壓和高負載電流下，LM34919B 和二極管 D1 可能會發(fā)熱。

探測

在高輸入電壓下探測電路時要格外小心，防止受傷以及可能對電路造成的損壞。當達到最大負載電流（0.6A）時，連接負載的電線尺寸和長度就變得很重要，要確保評估板與負載之間的電線不會有明顯的電壓降。

連接與啟動步驟

輸入連接到 J1 連接器，負載連接到 J2（OUT）和 J3（GND）端子。要確保電線尺寸適合預(yù)期的負載電流。啟動前，應(yīng)在輸入和輸出端子連接電壓表，用電流表或電流探頭監(jiān)測負載電流。建議將輸入電壓逐漸增加到 6V，此時輸出電壓應(yīng)為 3.3V。如果輸入 6V 時輸出電壓正確，就可以根據(jù)需要增加輸入電壓并進行電路評估，但要注意 (V_{IN }) 不要超過 40V。

輸出紋波控制

LM34919B 的 FB 引腳需要至少 25 mVp - p 的紋波，且與 SW 引腳的開關(guān)波形同相才能正常工作?？梢酝ㄟ^反饋電阻從 (V{OUT }) 的紋波中獲取所需紋波，也可以單獨使用 R5、C9 和 C10 來產(chǎn)生紋波，以盡量降低 (V{OUT }) 的紋波。

選項 A：低成本配置

評估板中 R4 與輸出電容（C7、C8）串聯(lián)，選擇 R4 以在 (V{OUT }) 產(chǎn)生 (≥25 mVp - p) 的紋波。已知該電路在最小 (V{IN }) 時最小紋波電流為 140 mAp - p，使用 0.27Ω 的 R4，在輸入電壓范圍內(nèi) (V_{OUT }) 的紋波范圍約為 37 mVp - p 至 88 mVp - p。如果應(yīng)用能接受這個紋波水平，這就是最經(jīng)濟的解決方案。

選項 B：中等紋波配置

通過在 R2 兩端增加一個電容（Cff），可以比選項 A 產(chǎn)生更小的 (V{OUT }) 紋波。由于輸出紋波通過 Cff 幾乎無衰減地傳遞到 FB 引腳，因此可以減小 R4 的值，使 (V{OUT }) 的最小紋波約為 25 mVp - p。Cff 的最小值可根據(jù)公式計算，其中 (t{ON(max )}) 是最大導(dǎo)通時間（在最小 (V{IN }) 時），R2//R3 是反饋電阻的并聯(lián)等效值。

選項 C：最小紋波配置

為了使 (V_{OUT }) 的紋波最小，將 R4 設(shè)置為 0Ω，并添加 R5、C9 和 C10 為 FB 引腳產(chǎn)生所需紋波。在這種配置下，輸出紋波主要由輸出電容的 ESR 和電感器的紋波電流決定。FB 引腳所需的紋波電壓由 R5、C10 和 C9 產(chǎn)生，通過選擇合適的 R5 和 C10 值，在它們的連接處產(chǎn)生 50 - 100 mVp - p 的三角波，然后通過 C9 耦合到 FB 引腳。具體計算步驟如下：

1. 計算電壓 (V{A})： [V{A}=V{ox, T}-left(V{SW} xleft(1-left(V{ox, Pi} / V{m}right)right)right) ] ，其中 (V{SW}) 是關(guān)斷期間 SW 引腳電壓的絕對值（通常為 1V）， (V{IN }) 是最小輸入電壓。對于該電路， (V_{A}) 計算結(jié)果為 2.84V，這是 R5/C10 連接處的近似直流電壓，用于后續(xù)公式計算。
2. 計算 R5 x C10 的乘積： [R 5 × C 10=frac{left(V{IN}-V{A}right) × t{ON}}{Delta V} ] ，其中 (t{ON}) 是最大導(dǎo)通時間（約 424 ns）， (V_{IN}) 是最小輸入電壓， (Delta V) 是 R5/C10 連接處所需的紋波幅度（此例為 50 mVp - p）。通常 C10 選擇 3000 至 5000 pF，R5 選擇 10kΩ 至 300 kΩ，C9 選擇比 C10 大的值，通常為 0.1 μF。

其他功能

監(jiān)測電感電流

可以使用電流探頭在示波器上監(jiān)測電感電流。移除 R6，并在 R6 所在的兩個大焊盤上安裝一個合適的電流環(huán)，這樣就能準確確定電感的紋波電流和峰值電流。

示波器探頭適配器

評估板上提供了示波器探頭適配器，用于監(jiān)測 SW 引腳和電路輸出（ (V_{OUT }) ）的波形，避免使用探頭的接地引線拾取開關(guān)波形中的噪聲。

最小負載電流

LM34919B 需要約 1 mA 的最小負載電流，以確保升壓電容（C5）在每個關(guān)斷期間能夠充分充電。在該評估板中，反饋電阻提供了最小負載電流，使得輸出端的最小負載電流可以指定為零。

電路性能與波形

通過一系列圖表展示了評估板的電路性能，包括效率與負載電流、輸入電壓的關(guān)系，輸出電壓紋波，開關(guān)頻率與輸入電壓的關(guān)系，負載電流限制與輸入電壓的關(guān)系等。同時，還給出了連續(xù)導(dǎo)通模式和不連續(xù)導(dǎo)通模式下的典型波形，幫助工程師更好地了解電路在不同工作模式下的表現(xiàn)。

總結(jié)

AN - 2016 LM34919B 評估板為工程師提供了一個全面的降壓調(diào)節(jié)器測試平臺。通過合理選擇組件和配置，可以滿足不同應(yīng)用對輸出紋波、效率等性能指標的要求。在實際設(shè)計中，工程師可以根據(jù)具體需求靈活調(diào)整電路參數(shù)，以達到最佳的設(shè)計效果。大家在使用過程中有沒有遇到過類似評估板的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。