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ZHCUB47 june 2023 BQ24072 , LMR36520 , TLV62568 , TPS2116

2.2.3.1 LMR36520 電壓軌

LMR36520 器件是用于此設(shè)計(jì)的最佳選擇。該器件具有非常寬的輸入電壓范圍（4.2V 至 65V），并且具有 2A 的負(fù)載能力。LMR36520 還具有低空載靜態(tài)電流和高輕負(fù)載效率。

LMR36520 可用于將整流后的 24VAC 電源轉(zhuǎn)換為 5V 直流電源，并用作 TIDA-010932 中的主要電源。

圖 2-5 LMR36520 實(shí)施

LMR36520 的輸出電壓通過(guò)一個(gè)電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)從外部調(diào)節(jié)。建議的輸出電壓范圍可在數(shù)據(jù)表的建議運(yùn)行條件 中找到。分壓器網(wǎng)絡(luò)由 R_FBT 和 R_FBB 組成，并閉合輸出電壓與轉(zhuǎn)換器之間的環(huán)路。轉(zhuǎn)換器通過(guò)保持 FB 引腳上的電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 V_REF 相等來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。分壓器的電阻是噪聲拾取過(guò)多和輸出負(fù)載過(guò)大之間的折衷。較小的電阻值會(huì)降低噪聲靈敏度，但也會(huì)降低輕負(fù)載效率。R_FBT 的建議值為 100kΩ，最大值為 1MΩ。如果為 R_FBT 選擇了 1MΩ，那么必須在此電阻器上使用前饋電容器來(lái)提供足夠的環(huán)路相位裕度。

方程式 19.

R_{F B B} = \frac{R_{F B T}}{[\frac{V_{O u t}}{V_{R e f}} - 1]} = \frac{100 k Ω}{[\frac{5 V}{1 V} - 1]} = 25 k Ω

對(duì)于此設(shè)計(jì)，R_FBB = 25kΩ 且 R_FBT = 100kΩ。

電感值和飽和電流是選擇電感器的參數(shù)。電感值基于理想的紋波電流峰峰值得出，通常選擇為最大輸出電流的 20% 至 40% 范圍。經(jīng)驗(yàn)表明，電感紋波電流的理想值是最大負(fù)載電流的 30%。請(qǐng)注意，當(dāng)為最大負(fù)載遠(yuǎn)小于器件可用最大值的應(yīng)用選擇紋波電流時(shí)，使用最大器件電流。方程式 6 可用于確定電感值。常數(shù) K 是電感器電流紋波的百分比。該設(shè)計(jì)使用 K = 0.37，輸入電壓為 42V，可計(jì)算出 L ? 15μH 的電感。

方程式 6.

L = \frac{(V_{I N} - V_{O U T})}{f_{S W} \times K \times I_{O U T m a x}} x \frac{V_{O U T}}{V_{I N}} = \frac{(42 V - 5 V)}{400 k H z \times 0.37 \times 2 A)} \times \frac{5 V}{42 V} = 15 μ H

采用鐵氧體磁芯材料的電感器具有非常硬的飽和特性，但通常比鐵粉磁芯具有更低的磁芯損耗。鐵粉磁芯具有軟飽和，允許在一定程度上放寬電感器的額定電流。但在高于大約 1MHz 的頻率下，鐵粉磁芯具有更多的內(nèi)芯損耗。在任何情況下，電感器飽和電流必須不小于器件的低側(cè)電流限制 I_LIMIT。為了避免次諧波振蕩，電感值不得小于方程式 7 中給出的值：

方程式 7.

L_{M I N} \geq M \times \frac{V_{O U T}}{f_{S W}} = 0.42 \times \frac{5 V}{400 k H z} = 5.25 μ H

其中

L_MIN = 最小電感 (H)
M = 0.42
f_SW = 開(kāi)關(guān)頻率 (Hz)

輸出電容器的值及各自的 ESR 決定了輸出電壓紋波和負(fù)載瞬態(tài)性能。輸出電容器組通常受限于負(fù)載瞬態(tài)要求，而不是輸出電壓紋波。方程式 8 可用于估算總輸出電容的下限值和 ESR 的上限值，這些值是滿足規(guī)定的負(fù)載瞬態(tài)所需的。

方程式 8.

C_{O U T} \geq \frac{{? I}_{O U T}}{f_{S W} \times {? V}_{O U T} \times K} \times [(1 - D) \times (1 + K) + \frac{K^{2}}{12} \times (2 - D)]

方程式 9.

E S R \leq \frac{(2 + K) x {? V}_{O U T}}{2 \times [1 + K + \frac{K^{2}}{12} \times (1 + \frac{1}{(1 - D)})]}

方程式 10.

D = \frac{V_{O U T}}{V_{I N}}

其中

ΔV_OUT = 輸出電壓瞬態(tài)
ΔI_OUT = 輸出電流瞬態(tài)
K = 電感器選擇的紋波系數(shù)

計(jì)算輸出電容和 ESR 后，使用方程式 11 檢查輸出電壓紋波。

方程式 11.

V_{r} ? {? I}_{L} \times \sqrt{{E S R}^{2} + \frac{1}{{(8 \times f_{S W} \times C_{O U T})}^{2}}}

除了提供紋波電流并將開(kāi)關(guān)噪聲與其他電路隔離，陶瓷輸入電容器還為穩(wěn)壓器提供低阻抗源。LMR36520 的輸入端要求最小陶瓷電容為 4.7μF。必須至少為應(yīng)用所需的最大輸入電壓設(shè)置該額定值；該值最好為最大輸入電壓的兩倍?？梢栽龃笤撾娙菀詭椭档洼斎腚妷杭y波，并在負(fù)載瞬態(tài)期間保持輸入電壓。大多數(shù)輸入開(kāi)關(guān)電流流經(jīng)陶瓷輸入電容器。該電流的近似均方根值可根據(jù)方程式 12 進(jìn)行計(jì)算，且必須根據(jù)制造商的最大額定值進(jìn)行檢查。

方程式 12.

I_{R M S} ? \frac{I_{O U T}}{2}

在某些情況下，可在 R_FBT 上使用前饋電容器，以改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)或改善環(huán)路相位裕度。當(dāng)使用的 R_FBT 值大于 100kΩ 值時(shí)尤其如此。較大的 R_FBT 值與 FB 引腳上的寄生電容相結(jié)合會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小信號(hào)極點(diǎn)，從而干擾環(huán)路穩(wěn)定性。A C_FF 有助于減輕這種影響。使用方程式 13 估算 C_{FF 的值}。

方程式 13.

C_{F F} < \frac{V_{O U T} \times C_{O U T}}{120 x R_{F B T} \times \sqrt{\frac{V_{R E F}}{V_{O U T}}}}