LM5015 隔離式雙開關 DC - DC 調(diào)節(jié)器評估板使用指南

在電子工程師的日常工作中，DC - DC 調(diào)節(jié)器是一個常見且關鍵的組件。今天我們來深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的 LM5015 隔離式雙開關 DC - DC 調(diào)節(jié)器評估板，探討它的特點、使用方法以及性能表現(xiàn)。

文件下載：LM5015ISOEVAL.pdf

1. 評估板簡介

LM5015 隔離式 DC - DC 調(diào)節(jié)器評估板是一款低成本且功能完備的 DC - DC 調(diào)節(jié)器，無需使用任何分立功率 MOSFET。它有兩種配置方式，既可以配置為隔離式雙開關正激 DC - DC 調(diào)節(jié)器，也可以配置為隔離式雙開關反激 DC - DC 調(diào)節(jié)器。工廠默認配置為正激拓撲，正激轉(zhuǎn)換器配置相比反激配置效率大約高 2%，輸出紋波電壓更低，而反激配置成本稍低。

評估板的主要特性如下：

• 輸入電壓：36V 至 72V
• 隔離輸出電壓：5V
• 輸出電流：最小 0A，標稱 2.5A，最大 3A
• 輸入欠壓鎖定（UVLO）閾值：標稱 34V
• 實測效率：在輸入電壓為 48V、輸出電流為 2.5A 時，效率為 86%
• 開關頻率：300 kHz
• 同步功能：能夠同步到外部時鐘
• 遠程控制：可進行遠程控制（啟用/禁用）
• 電路板：兩層 PCB 板，元件位于頂層
• 尺寸：2.5 英寸 x 3.5 英寸 x 0.63 英寸

2. 電路板連接與啟動

2.1 連接方式

評估板的輸入連接到連接器 J1（高電位）和 J2（輸入返回），負載連接在連接器 J3（5V）和 J4（5V 返回）之間。需要注意的是，連接導線的尺寸要根據(jù)預期負載電流進行合理選擇。

2.2 電源要求

建議使用能夠提供至少 75V 和 0.5A 的直流電源作為評估板的輸入電源。同時，利用直流電源的過壓和過流限制功能，防止因錯誤連接而損壞電路板。

2.3 負載選擇

電阻性負載是最佳選擇，但合適的電子負載也是可以接受的。最大負載電流為 3A，若超過此電流，LM5015 將進入逐周期峰值電流限制模式，輸出電壓將低于穩(wěn)壓的 5V。當初級開關電流超過標稱值 1.2A 時，電流限制模式將被觸發(fā)。

2.4 啟動步驟

在首次上電時，負載應保持在較低水平（<0.1A）。啟動前，需將電壓表連接到輸入和輸出端子，用電流表或電流探頭監(jiān)測負載電流。建議逐漸增加輸入電壓。當輸入電壓達到約 34V（評估板的欠壓鎖定閾值，由 R9 和 R10 預設）之前，應無輸出電壓，且輸入電流應低于 10 mA，否則應立即斷開電源，檢查輸入極性是否接反。當輸入電壓增加到 36V 時，輸出電壓應穩(wěn)定在標稱的 5V。若輸出正常，可逐漸將輸入電壓增加到最大 72V，在 36V 至 72V 的整個輸入電壓范圍內(nèi)，輸出電壓應穩(wěn)壓在 5V ±1.5%。若輸出異常，需斷開電源并檢查連接是否正確。在完成正確設置后，可施加滿載，并建議進行最終的效率檢查，若滿載時效率顯著低于 80%，則表明可能存在問題。

3. 正激調(diào)節(jié)器特性

3.1 同步功能

評估板可以同步到比其固有振蕩器頻率更快的外部時鐘，該振蕩器頻率是開關頻率 FSW 的兩倍。由于 LM5015 振蕩器使用了二分頻電路，實際開關頻率是由 R2 設置的振蕩器頻率的一半。評估板的開關頻率為 300 kHz，因此外部時鐘應快于 600 kHz。外部時鐘信號應輸入到 SYNC 端口的鍍通孔，并以 AGND 節(jié)點為參考。具體的外部時鐘信號要求可參考 LM5015 數(shù)據(jù)手冊。

3.2 遠程控制

評估板可以進行遠程控制以實現(xiàn)啟用和禁用功能。PC 板上的控制端口是專門用于 EN 節(jié)點的鍍通孔，遠程控制信號應以 AGND 節(jié)點為參考。詳細的遠程控制信息可參考 LM5015 數(shù)據(jù)手冊。

4. 電路板布局與探測注意事項

在電路板通電時，需要注意以下幾點：

• 當在高輸入電壓和/或高負載電流下運行時，LM5015 以及二極管 D3 和 D4 會發(fā)熱，觸摸時需小心。
• 在高輸入電壓下探測電路時要格外謹慎，72V 的電壓足以產(chǎn)生電擊和火花。
• 在最大負載電流（3A）下，連接負載的導線尺寸和長度非常重要，要確保導線上沒有顯著的電壓降。

5. 典型性能特性

5.1 效率表現(xiàn)

評估板在雙開關正激配置下的整體效率如圖 3 所示。可以看到，在不同的輸入電壓和負載電流下，效率會有所變化。

5.2 電壓波形

圖 4 展示了在滿載（2.5A）和中等輸入電壓（48V）下，開關節(jié)點 HO 和 LO 的關鍵電壓波形。通過觀察這些波形，我們可以更深入地了解評估板的工作狀態(tài)。

5.3 紋波特性

圖 5 顯示了在滿載（2.5A）和中等輸入電壓（48V）下的輸入紋波電流和輸出紋波電壓。這對于評估電源的穩(wěn)定性和質(zhì)量非常重要。

6. 反激調(diào)節(jié)器配置

評估板還可以重新配置為隔離式雙開關反激 DC - DC 調(diào)節(jié)器，圖 6 展示了其原理圖。需要注意的是，在反激配置中，雙二極管 D3 僅使用了其高端，低端二極管在正常運行時始終處于反向偏置狀態(tài)。

7. 物料清單（BOM）

文檔中給出了正激配置和反激配置的物料清單，包括各個元件的型號、描述和參數(shù)。在進行電路設計和調(diào)試時，這些信息非常重要。

總結(jié)

LM5015 隔離式雙開關 DC - DC 調(diào)節(jié)器評估板為工程師提供了一個方便、高效的平臺，用于測試和驗證 DC - DC 調(diào)節(jié)器的性能。通過合理的配置和使用，它可以滿足不同應用場景的需求。你在使用類似評估板時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。