LMR12020 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

在電源設(shè)計領(lǐng)域，擁有一個功能完備且易于評估的降壓轉(zhuǎn)換器模塊至關(guān)重要。德州儀器（Texas Instruments）的 LMR12020 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊就是這樣一個出色的工具。今天，我們就來詳細(xì)了解一下這個評估模塊。

文件下載：LMR12020XSDEVM/NOPB.pdf

一、引言

LMR12020 評估模塊專為電源設(shè)計工程師打造，提供了一個功能齊全的穩(wěn)壓器設(shè)計方案。它能夠與 1000 kHz 至 2350 kHz 之間的外部時鐘同步。該模塊有 3.3 V 和 5 V 兩種輸出電壓選項，且具備 2 - A 的電流輸出能力。在沒有外部同步信號時，設(shè)計以 2000 kHz 的頻率運行，這不僅減小了方案尺寸，還避免了開關(guān)噪聲干擾 AM 無線電頻段。其 PCB 采用 FR4 材料，有四層銅層，其中第一個中間層是實心接地層，有助于最小化交流電流回路。同時，LMR12020 通過位于器件正下方的熱過孔與其他層進(jìn)行熱連接。

二、特性

從這些特性中我們可以看出，LMR12020 評估模塊在不同的輸入輸出條件下都能穩(wěn)定工作，滿足多樣化的設(shè)計需求。大家在實際設(shè)計中，要根據(jù)具體的應(yīng)用場景來選擇合適的輸出電壓選項。

三、評估模塊原理圖

評估模塊的原理圖展示了各個元件的連接方式和信號流向。原理圖可以幫助我們更好地理解模塊的工作原理，在進(jìn)行電路分析和故障排查時，原理圖是非常重要的依據(jù)。你能從原理圖中找到哪些關(guān)鍵元件呢？

四、供電和負(fù)載考慮

1. 快速啟動程序

• 步驟 1：將工作臺電源的電流限制設(shè)置為 2 A，電壓設(shè)置為 12 V，關(guān)閉電源輸出，然后將電源連接到 LMR12020 演示板，正極連接 (V_{IN})，負(fù)極連接 GND。
• 步驟 2：將高達(dá) 2 A 的負(fù)載連接到 (V{OUT}) 端子，正極連接 (V{OUT})，負(fù)極連接 GND。
• 步驟 3：在 LMR12020 無負(fù)載且跳線 J1 的分流器就位的情況下打開工作臺電源，此時 (V{OUT}) 應(yīng)在標(biāo)稱 3.3 - V 輸出下處于穩(wěn)壓狀態(tài)。若分流器移除，則需要至少 10 mA 的負(fù)載才能使 (V{OUT}) 在 5 V 下處于穩(wěn)壓狀態(tài)。
• 步驟 4：逐漸增加負(fù)載，直到 2 A，(V{OUT}) 應(yīng)保持穩(wěn)壓。當(dāng)輸入電壓從最小值掃至 20 V 時，(V{OUT}) 也應(yīng)保持穩(wěn)壓。

2. 啟動

EN 引腳連接到 (V_{IN}) 以簡化啟動過程。上拉電阻允許電源設(shè)計工程師根據(jù)需要獨立切換 EN 引腳，并觀察 LMR12020 的啟動行為。通過將該節(jié)點拉至 GND 可禁用設(shè)備，也可向該引腳施加邏輯信號來測試設(shè)備的啟動和關(guān)閉。

3. 同步

評估板上提供了 SYNC 引腳，該引腳可用于將穩(wěn)壓器與外部時鐘同步，或者通過將多個評估板的 SYNC 引腳連接在一起實現(xiàn)多個評估板的同步。

4. 高輸出電壓下的無負(fù)載啟動

當(dāng)輸出電壓高于 3.3 V 時，LMR12020 無法在無負(fù)載情況下啟動。如需了解最小負(fù)載要求的更多信息，請參考 LMR12020 數(shù)據(jù)手冊。板上提供了一個假負(fù)載的位置，安裝一個 500 - Ω 的電阻有助于在 5 - V 輸出電壓選項下實現(xiàn)無負(fù)載啟動。

5. 調(diào)整輸出電壓

輸出電壓可使用以下公式設(shè)置：[V{OUT}=V{FB}left(1+left(R{fbt} / R{fbb}right)right) / 2 / 2]，其中 (R{fbb}) 連接在 FB 引腳和 GND 之間，(R{fbt}) 連接在 (V_{OUT}) 和 FB 之間。需要注意的是，調(diào)整輸出電壓會影響 LMR12020 的性能，并且輸出電容器可能不適合新的輸出電壓。

6. 典型測試設(shè)置

文檔中給出了效率測量、電壓紋波測量和邊緣連接器原理圖等典型測試設(shè)置的圖示，這些設(shè)置有助于我們對模塊的性能進(jìn)行準(zhǔn)確評估。

五、板卡圖像

文檔提供了評估模塊的頂面和底面圖像，通過這些圖像我們可以直觀地看到模塊的布局和元件分布，對于實際的安裝和調(diào)試有很大的幫助。你能從圖像中識別出各個元件的位置嗎？

六、性能特性

通過效率與負(fù)載電流的關(guān)系圖、負(fù)載瞬態(tài)波形圖、啟動波形圖以及開關(guān)節(jié)點和輸出電壓波形圖等，我們可以全面了解 LMR12020 在不同條件下的性能表現(xiàn)。例如，從效率與負(fù)載電流的關(guān)系圖中，我們可以看到在不同輸入電壓和輸出電壓下，模塊的效率隨負(fù)載電流的變化情況。這對于我們優(yōu)化電源設(shè)計，提高能源利用效率非常有幫助。

七、物料清單

詳細(xì)列出了評估模塊所使用的各種元件，包括元件名稱、ID、值、型號和制造商等信息。這對于我們進(jìn)行元件的替換和采購非常有指導(dǎo)意義。

八、PCB 布局

提供了 PCB 的頂層銅層、頂層覆蓋層、內(nèi)部層 1、內(nèi)部層 2、底層銅層和底層覆蓋層的圖像。合理的 PCB 布局對于模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要，從這些布局圖中我們可以學(xué)習(xí)到如何進(jìn)行有效的布線和元件布局。

九、修訂歷史

記錄了從修訂版 A（2013 年 4 月）到修訂版 B（2021 年 12 月）的更改，包括文檔中表格、圖形和交叉引用的編號格式更新、用戶指南標(biāo)題的更新以及內(nèi)容的編輯等。了解修訂歷史可以讓我們清楚地知道文檔的更新情況，避免使用過時的信息。

總之，LMR12020 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊為電源設(shè)計工程師提供了一個全面且實用的評估平臺。通過深入了解其特性、原理圖、供電和負(fù)載考慮等方面的內(nèi)容，我們可以更好地利用這個模塊進(jìn)行電源設(shè)計和優(yōu)化。大家在實際使用過程中，有沒有遇到過一些特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。