LM25118 自動升降壓非同步DCDC電源模塊介紹

一、概述

LM25118是一款來自德州儀器（Texas Instruments, TI）的自動升降壓非同步DCDC電源模塊。它設(shè)計用于為負載提供穩(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具有簡單的設(shè)計、較高的效率以及廣泛的輸入電壓范圍，因此被廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中，特別是在電池供電系統(tǒng)和對電壓波動敏感的應(yīng)用中。LM25118的非同步設(shè)計使其更加簡便，同時在許多低功耗應(yīng)用中提供了極具競爭力的性能。

二、LM25118的基本特點

LM25118的基本特點包括以下幾個方面：

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. 自動升降壓功能：LM25118的最大特點是能夠自動根據(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，它能夠升壓以保證輸出電壓，而在輸入電壓較高時，則可以降壓，避免過高的輸出電壓。

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

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)計空間。用戶可以根據(jù)實際需求設(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，有助于延長電池使用時間，在要求長時間待機的應(yīng)用中尤其重要。

7. 過電流、過溫保護功能：LM25118集成了多種保護機制，包括過電流保護（OCP）、過溫保護（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)系自動調(diào)整。

1. 升壓模式：當輸入電壓低于輸出電壓時，LM25118進入升壓模式。在這種模式下，轉(zhuǎn)換器通過升壓電路將低輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需的較高輸出電壓。升壓過程中，輸入電流會增加，轉(zhuǎn)換器需要通過調(diào)整開關(guān)管的工作頻率和占空比來實現(xiàn)穩(wěn)壓。

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

3. 自動模式切換：LM25118的智能控制電路能夠自動檢測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，避免因電壓波動而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4. 反饋控制機制：LM25118采用內(nèi)部反饋控制回路來調(diào)整輸出電壓，反饋回路通過檢測輸出端電壓與目標電壓之間的差異，調(diào)整開關(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)計精巧，響應(yīng)速度快，能夠有效抑制輸出電壓波動。

四、LM25118的主要參數(shù)

1. 輸入電壓范圍：4.5V至60V。這個范圍足以覆蓋大多數(shù)應(yīng)用場景，如汽車電源、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，支持用戶自定義選擇。LM25118能夠為低電壓和高電壓需求的負載提供可靠的電源。

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)動中等功率的負載，如傳感器、電機驅(qū)動、通信模塊等。

4. 效率：LM25118具有較高的轉(zhuǎn)換效率，通常可達到80%以上，具體效率取決于輸入輸出電壓、負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. 開關(guān)頻率：LM25118的開關(guān)頻率為200kHz至2.2MHz，頻率可調(diào)。用戶可以根據(jù)應(yīng)用的需求選擇適當?shù)拈_關(guān)頻率，以優(yōu)化效率和噪聲表現(xiàn)。

6. 靜態(tài)電流：當沒有負載時，LM25118的靜態(tài)電流低至20μA，適合用于待機模式的電池供電系統(tǒng)。

7. 保護特性：LM25118具備過電流保護（OCP）、過溫保護（OTP）、欠壓鎖定（UVLO）等多種保護機制，確保在異常工作環(huán)境下仍能穩(wěn)定運行。

五、LM25118的應(yīng)用場景

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，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、無線傳感器、無人機和便攜式醫(yī)療設(shè)備等。

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

3. 工業(yè)自動化：在自動化設(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。由于其過電流和過溫保護功能，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)動和照明系統(tǒng)：LM25118可為LED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)備能夠長時間運行，尤其是在電池供電的環(huán)境下。

六、LM25118的設(shè)計與調(diào)試

在設(shè)計和調(diào)試LM25118應(yīng)用時，用戶需要考慮以下幾個方面：

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、電容等元件來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在選擇這些元件時，需根據(jù)輸入輸出電壓、負載要求和工作頻率來選擇合適的參數(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)計時需確保反饋路徑的正確配置，以避免系統(tǒng)過熱或電壓不穩(wěn)定。

3. 散熱設(shè)計：在高負載或高工作頻率下，LM25118可能會產(chǎn)生一定的熱量，因此在設(shè)計時需要考慮合理的散熱方案，如散熱片、熱設(shè)計優(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，尤其是在高頻開關(guān)情況下，合理的布線可以減少噪聲干擾，提高電源的效率和穩(wěn)定性。應(yīng)避免大電流走線過長，并保持反饋路徑盡可能短。