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ZHCUB47 june 2023 BQ24072 , LMR36520 , TLV62568 , TPS2116

2.2.3.1 LMR36520 电压轨

LMR36520 器件是用于此设计的最佳选择。该器件具有非常宽的输入电压范围（4.2V 至 65V），并且具有 2A 的负载能力。LMR36520 还具有低空载静态电流和高轻负载效率。

LMR36520 可用于将整流后的 24VAC 电源转换为 5V 直流电源，并用作 TIDA-010932 中的主要电源。

图 2-5 LMR36520 实施

LMR36520 的输出电压通过一个电阻分压器网络从外部调节。建议的输出电压范围可在数据表的建议运行条件 中找到。分压器网络由 R_FBT 和 R_FBB 组成，并闭合输出电压与转换器之间的环路。转换器通过保持 FB 引脚上的电压与内部基准电压 V_REF 相等来调节输出电压。分压器的电阻是噪声拾取过多和输出负载过大之间的折衷。较小的电阻值会降低噪声灵敏度，但也会降低轻负载效率。R_FBT 的建议值为 100kΩ，最大值为 1MΩ。如果为 R_FBT 选择了 1MΩ，那么必须在此电阻器上使用前馈电容器来提供足够的环路相位裕度。

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

对于此设计，R_FBB = 25kΩ 且 R_FBT = 100kΩ。

电感值和饱和电流是选择电感器的参数。电感值基于理想的纹波电流峰峰值得出，通常选择为最大输出电流的 20% 至 40% 范围。经验表明，电感纹波电流的理想值是最大负载电流的 30%。请注意，当为最大负载远小于器件可用最大值的应用选择纹波电流时，使用最大器件电流。方程式 6 可用于确定电感值。常数 K 是电感器电流纹波的百分比。该设计使用 K = 0.37，输入电压为 42V，可计算出 L ≅ 15μH 的电感。

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

采用铁氧体磁芯材料的电感器具有非常硬的饱和特性，但通常比铁粉磁芯具有更低的磁芯损耗。铁粉磁芯具有软饱和，允许在一定程度上放宽电感器的额定电流。但在高于大约 1MHz 的频率下，铁粉磁芯具有更多的内芯损耗。在任何情况下，电感器饱和电流必须不小于器件的低侧电流限制 I_LIMIT。为了避免次谐波振荡，电感值不得小于方程式 7 中给出的值：

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 = 最小电感 (H)
M = 0.42
f_SW = 开关频率 (Hz)

输出电容器的值及各自的 ESR 决定了输出电压纹波和负载瞬态性能。输出电容器组通常受限于负载瞬态要求，而不是输出电压纹波。方程式 8 可用于估算总输出电容的下限值和 ESR 的上限值，这些值是满足规定的负载瞬态所需的。

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 = 输出电压瞬态
ΔI_OUT = 输出电流瞬态
K = 电感器选择的纹波系数

计算输出电容和 ESR 后，使用方程式 11 检查输出电压纹波。

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}}}

除了提供纹波电流并将开关噪声与其他电路隔离，陶瓷输入电容器还为稳压器提供低阻抗源。LMR36520 的输入端要求最小陶瓷电容为 4.7μF。必须至少为应用所需的最大输入电压设置该额定值；该值最好为最大输入电压的两倍。可以增大该电容以帮助降低输入电压纹波，并在负载瞬态期间保持输入电压。大多数输入开关电流流经陶瓷输入电容器。该电流的近似均方根值可根据方程式 12 进行计算，且必须根据制造商的最大额定值进行检查。

方程式 12.

I_{R M S} ≅ \frac{I_{O U T}}{2}

在某些情况下，可在 R_FBT 上使用前馈电容器，以改善负载瞬态响应或改善环路相位裕度。当使用的 R_FBT 值大于 100kΩ 值时尤其如此。较大的 R_FBT 值与 FB 引脚上的寄生电容相结合会产生一个小信号极点，从而干扰环路稳定性。A C_FF 有助于减轻这种影响。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}}}}