LM25118 自動(dòng)升降壓非同步DCDC電源模塊介紹

一、概述

LM25118是一款來(lái)自德州儀器（Texas Instruments, TI）的自動(dòng)升降壓非同步DCDC電源模塊。它設(shè)計(jì)用于為負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓，能夠在輸入電壓高于、低于或接近輸出電壓的情況下工作。與傳統(tǒng)的升降壓轉(zhuǎn)換器相比，LM25118具有簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)、較高的效率以及廣泛的輸入電壓范圍，因此被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子設(shè)備中，特別是在電池供電系統(tǒng)和對(duì)電壓波動(dòng)敏感的應(yīng)用中。LM25118的非同步設(shè)計(jì)使其更加簡(jiǎn)便，同時(shí)在許多低功耗應(yīng)用中提供了極具競(jìng)爭(zhēng)力的性能。

二、LM25118的基本特點(diǎn)

LM25118的基本特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

1. 寬輸入電壓范圍：LM25118支持4.5V至60V的輸入電壓范圍，適用于各種電源環(huán)境，尤其是在電池電壓變化較大的系統(tǒng)中表現(xiàn)優(yōu)秀。

2. 自動(dòng)升降壓功能：LM25118的最大特點(diǎn)是能夠自動(dòng)根據(jù)輸入電壓的變化在升壓和降壓模式之間切換，確保輸出電壓穩(wěn)定。這意味著在輸入電壓較低時(shí)，它能夠升壓以保證輸出電壓，而在輸入電壓較高時(shí)，則可以降壓，避免過(guò)高的輸出電壓。

3. 非同步設(shè)計(jì)：LM25118是非同步DCDC轉(zhuǎn)換器，這意味著它在工作時(shí)不需要額外的同步時(shí)鐘信號(hào)。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜性，并降低了成本，適用于一些對(duì)同步精度要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合。

4. 高效率：LM25118采用高效的電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)，能夠提供較高的轉(zhuǎn)換效率，尤其是在寬輸入電壓范圍下，能夠有效減少功率損耗，延長(zhǎng)電池壽命。

5. 輸出電壓可調(diào)：LM25118的輸出電壓可調(diào)，提供了靈活的設(shè)計(jì)空間。用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定合適的輸出電壓。

6. 低靜態(tài)電流：LM25118在空載狀態(tài)下的靜態(tài)電流較低，有助于延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，在要求長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)的應(yīng)用中尤其重要。

7. 過(guò)電流、過(guò)溫保護(hù)功能：LM25118集成了多種保護(hù)機(jī)制，包括過(guò)電流保護(hù)（OCP）、過(guò)溫保護(hù)（OTP）和欠壓鎖定（UVLO）等，確保了模塊在惡劣工作環(huán)境下的可靠性。

三、LM25118的工作原理

LM25118的工作原理基于升降壓DCDC轉(zhuǎn)換器的核心概念。其內(nèi)部主要由輸入電壓、電流調(diào)節(jié)回路、輸出電壓調(diào)節(jié)回路以及反饋控制電路組成。其工作模式根據(jù)輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系自動(dòng)調(diào)整。

1. 升壓模式：當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓時(shí)，LM25118進(jìn)入升壓模式。在這種模式下，轉(zhuǎn)換器通過(guò)升壓電路將低輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需的較高輸出電壓。升壓過(guò)程中，輸入電流會(huì)增加，轉(zhuǎn)換器需要通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)管的工作頻率和占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

2. 降壓模式：當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓時(shí)，LM25118進(jìn)入降壓模式。在降壓模式下，模塊通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)降低輸入電壓，確保輸出電壓穩(wěn)定。降壓過(guò)程中，輸入電壓的部分能量會(huì)被轉(zhuǎn)換成熱量，通過(guò)適當(dāng)?shù)纳岽胧┐_保轉(zhuǎn)換器的正常工作。

3. 自動(dòng)模式切換：LM25118的智能控制電路能夠自動(dòng)檢測(cè)輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系，并根據(jù)需要切換工作模式。這一特性使得LM25118可以在電池電壓變化較大或者外部電源電壓不穩(wěn)定的情況下始終保持穩(wěn)定的輸出電壓，避免因電壓波動(dòng)而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4. 反饋控制機(jī)制：LM25118采用內(nèi)部反饋控制回路來(lái)調(diào)整輸出電壓，反饋回路通過(guò)檢測(cè)輸出端電壓與目標(biāo)電壓之間的差異，調(diào)整開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)，從而維持穩(wěn)定的輸出電壓。其反饋回路設(shè)計(jì)精巧，響應(yīng)速度快，能夠有效抑制輸出電壓波動(dòng)。

四、LM25118的主要參數(shù)

1. 輸入電壓范圍：4.5V至60V。這個(gè)范圍足以覆蓋大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，如汽車(chē)電源、電池供電設(shè)備以及各種工業(yè)電源。

2. 輸出電壓范圍：1.2V至15V，支持用戶(hù)自定義選擇。LM25118能夠?yàn)榈碗妷汉透唠妷盒枨蟮呢?fù)載提供可靠的電源。

3. 最大輸出電流：最大可提供2A的輸出電流，這使得LM25118能夠驅(qū)動(dòng)中等功率的負(fù)載，如傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、通信模塊等。

4. 效率：LM25118具有較高的轉(zhuǎn)換效率，通常可達(dá)到80%以上，具體效率取決于輸入輸出電壓、負(fù)載情況以及工作模式。高效率意味著較少的功率損耗，從而減少了系統(tǒng)的熱量產(chǎn)生和電池消耗。

5. 開(kāi)關(guān)頻率：LM25118的開(kāi)關(guān)頻率為200kHz至2.2MHz，頻率可調(diào)。用戶(hù)可以根據(jù)應(yīng)用的需求選擇適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)頻率，以?xún)?yōu)化效率和噪聲表現(xiàn)。

6. 靜態(tài)電流：當(dāng)沒(méi)有負(fù)載時(shí)，LM25118的靜態(tài)電流低至20μA，適合用于待機(jī)模式的電池供電系統(tǒng)。

7. 保護(hù)特性：LM25118具備過(guò)電流保護(hù)（OCP）、過(guò)溫保護(hù)（OTP）、欠壓鎖定（UVLO）等多種保護(hù)機(jī)制，確保在異常工作環(huán)境下仍能穩(wěn)定運(yùn)行。

五、LM25118的應(yīng)用場(chǎng)景

LM25118因其廣泛的輸入電壓范圍、高效能和低靜態(tài)電流特性，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。以下是一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域：

1. 電池供電系統(tǒng)：LM25118能夠適應(yīng)電池電壓的波動(dòng)，特別適用于需要高效電池管理的系統(tǒng)，如便攜式電子設(shè)備、無(wú)線(xiàn)傳感器、無(wú)人機(jī)和便攜式醫(yī)療設(shè)備等。

2. 汽車(chē)電源系統(tǒng)：LM25118的寬輸入電壓范圍使其成為汽車(chē)電子電源管理系統(tǒng)的理想選擇。它能夠在汽車(chē)電池電壓波動(dòng)的情況下提供穩(wěn)定的輸出電壓，確保車(chē)載電子設(shè)備的正常運(yùn)行。

3. 工業(yè)自動(dòng)化：在自動(dòng)化設(shè)備中，LM25118可以為控制器、傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。由于其過(guò)電流和過(guò)溫保護(hù)功能，它在工業(yè)應(yīng)用中具備良好的穩(wěn)定性和可靠性。

4. 通信設(shè)備：LM25118可用于提供通信設(shè)備（如基站、路由器、調(diào)制解調(diào)器等）的電源。它能適應(yīng)輸入電壓的變化，保證設(shè)備在各種工作條件下的可靠性。

5. LED驅(qū)動(dòng)和照明系統(tǒng)：LM25118可為L(zhǎng)ED照明系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，適應(yīng)不同輸入電壓的變化，確保照明系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

6. 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，許多設(shè)備需要穩(wěn)定、高效的電源供應(yīng)。LM25118非常適合用作物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的電源模塊，確保設(shè)備能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，尤其是在電池供電的環(huán)境下。

六、LM25118的設(shè)計(jì)與調(diào)試

在設(shè)計(jì)和調(diào)試LM25118應(yīng)用時(shí)，用戶(hù)需要考慮以下幾個(gè)方面：

1. 外部元件的選擇：雖然LM25118集成了許多功能，但仍需外接電感、電容等元件來(lái)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在選擇這些元件時(shí)，需根據(jù)輸入輸出電壓、負(fù)載要求和工作頻率來(lái)選擇合適的參數(shù)。

2. 電流感應(yīng)與反饋調(diào)節(jié)：為了確保穩(wěn)定的輸出電壓，LM25118需要精確的電流感應(yīng)和反饋調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)時(shí)需確保反饋路徑的正確配置，以避免系統(tǒng)過(guò)熱或電壓不穩(wěn)定。

3. 散熱設(shè)計(jì)：在高負(fù)載或高工作頻率下，LM25118可能會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮合理的散熱方案，如散熱片、熱設(shè)計(jì)優(yōu)化等，以保持模塊的工作穩(wěn)定性。

4. PCB布局：電源模塊的PCB布局需要特別注意，尤其是在高頻開(kāi)關(guān)情況下，合理的布線(xiàn)可以減少噪聲干擾，提高電源的效率和穩(wěn)定性。應(yīng)避免大電流走線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，并保持反饋路徑盡可能短。