高功率密度、低剖面NexFET?電源模塊CSD87384MEVM - 603評測

在電子設備的電源設計領域，高功率密度和低剖面的電源模塊一直是工程師們追求的目標。今天，我們就來詳細探討德州儀器（Texas Instruments）推出的CSD87384MEVM - 603評估模塊，它在筆記本電源供應方面展現(xiàn)出了卓越的性能。

文件下載：CSD87384MEVM-603.pdf

一、模塊概述

CSD87384MEVM - 603評估模塊采用了CSD87384M與TI控制器TPS51219相結(jié)合的設計，能夠在8 - 20V的輸入電壓范圍內(nèi)，提供高達30A的負載電流，并輸出1.0V的穩(wěn)定電壓。該模塊在典型的低電壓應用中，以D - CAP2?模式運行，同時還提供了多個測試點，方便工程師評估CSD87384M的性能。

1. 典型應用

此模塊適用于多種場景，包括筆記本電腦、I/O電源以及系統(tǒng)電源供應等。這些應用場景對電源的穩(wěn)定性和功率密度都有較高的要求，而CSD87384MEVM - 603正好能夠滿足這些需求。

2. 模塊特性

• 輸出電壓精度高：輸出電壓為1.0V，公差僅為2%，能夠為負載提供穩(wěn)定的電壓。
• 大電流輸出能力：可提供高達30A的直流穩(wěn)態(tài)輸出電流，滿足高功率設備的需求。
• 高開關頻率：開關頻率達到300kHz，有助于提高電源的響應速度和效率。
• 高效節(jié)能：峰值效率超過90%，在不同負載下都能保持較高的效率，降低能源損耗。

二、電氣性能規(guī)格

需要注意的是，輸出電壓可以通過改變圖中R204和R207的值進行調(diào)整，具體細節(jié)可參考TPS51219的數(shù)據(jù)手冊SLUSAG1。TPS51219設備支持0.5 - 2V的輸出電壓范圍。

三、測試設置

1. 測試設備

• 電壓源
  • VIN：需要一個0 - 20V的可變直流電源，能夠提供10A的直流電流。將其連接到J202。
  • V5VIN：需要一個0 - 5V的可變直流電源，能夠提供1A的直流電流。將其連接到J200。
• 萬用表：用于測量不同測試點的電壓和電流，包括VIN、5V、VOUT等。
• 輸出負載：需要一個電子恒阻模式負載，能夠在1.0V下提供0 - 40A的直流電流。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器來測量開關節(jié)點波形，測量時需使用差分探頭，并將示波器設置為50Ω阻抗、1GHz帶寬、直流耦合、50ns/格的水平分辨率和5V/格的垂直分辨率。
• 風扇：由于模塊中的部分組件在運行時溫度可能接近60°C，建議使用一個風量為200 - 400LFM的小風扇，在負載電流高于25A時開啟，以降低組件溫度。
• 推薦線規(guī)
  • VIN到J202（8 - 20V輸入）：推薦使用1根AWG 14號線，總長度小于4英尺（輸入2英尺，返回2英尺）。
  • V5VIN到J200（5V輸入）：推薦使用1根AWG 18號線，總長度小于4英尺（輸入2英尺，返回2英尺）。
  • J203到負載：最小推薦使用2根AWG 14號線，總長度小于4英尺（輸出2英尺，返回2英尺）。

2. 推薦測試設置

在ESD工作站上進行測試，確保連接好任何腕帶、接地線或墊子，并在給EVM通電前參考用戶接地。具體連接步驟如下：

• 輸入連接
  • 連接DC電源VIN前，建議將VIN的源電流限制在最大10A，并確保VIN初始設置為0V后進行連接。
  • 連接DC電源V5VIN前，建議將5V的源電流限制在最大0.5A，并確保V5VIN初始設置為0V后進行連接。
  • 在TP203（Vins）和TP204（GNDS）連接電壓表V1測量VIN電壓，在TP200（5V）和TP201（GND）連接電壓表V2測量5V電壓。
  • 在DC電源VIN和J202之間連接電流表A1測量輸入電流。
  • 在DC電源5V和J200之間連接電流表A2測量5V輸入電流。
• 輸出連接
  • 將負載連接到J203，并在施加VIN和5V之前將負載設置為恒阻模式，以吸收0A電流。
  • 在TP207（VOUTS）和TP208（GNDS）連接電壓表V3測量輸出電壓。

四、測試程序

1. 線路和負載調(diào)節(jié)及效率測量程序

1. 確保負載設置為恒阻模式并吸收0A電流。
2. 在施加VIN和V5VIN之前，在EVM上的J201處放置跳線，將EVM設置為關閉位置。
3. 將VIN從0V增加到12V，使用V1測量輸入電壓。
4. 將V5VIN從0V增加到5V，使用V2測量輸入電壓。
5. 移除J201上的跳線以啟用控制器。
6. 打開風扇。
7. 將負載從0 - 30A變化，VOUT應保持在負載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
8. 將VIN從12V變化到19V，VOUT應保持在線路調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
9. 將負載減小到0A。
10. 放置跳線短路J201以禁用控制器。
11. 將V5VIN減小到0V。
12. 將VIN減小到0V。

2. 測試點列表

3. 設備關機

1. 關閉負載。
2. 在J201上放置跳線。
3. 關閉V5VIN和VIN。

五、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中給出了典型的性能曲線，包括CSD87384M與TPS51219的效率與輸出電流關系曲線，以及不同輸入電壓和輸出電流下的開關節(jié)點波形。這些曲線能夠幫助工程師直觀地了解模塊在不同工況下的性能表現(xiàn)。

六、EVM組裝圖和PCB布局

CSD87384MEVM - 603采用六層、1盎司銅的印刷電路板設計。文檔中提供了該模塊的頂層組裝圖、底層組裝圖、各層銅箔布局圖等，這些信息對于工程師進行電路設計和優(yōu)化具有重要的參考價值。

七、物料清單

文檔詳細列出了EVM的組件清單，包括電容、電阻、電感、晶體管、集成電路等各個組件的型號、參數(shù)、數(shù)量和制造商等信息。這為工程師進行物料采購和電路搭建提供了明確的指導。

八、總結(jié)

CSD87384MEVM - 603評估模塊在高功率密度和低剖面的電源設計方面表現(xiàn)出色，具有輸出電壓精度高、大電流輸出能力、高開關頻率和高效節(jié)能等優(yōu)點。通過詳細的測試設置和測試程序，工程師可以全面評估該模塊的性能。同時，豐富的性能數(shù)據(jù)、組裝圖、PCB布局和物料清單等信息，為工程師的設計和開發(fā)工作提供了有力的支持。在實際應用中，工程師可以根據(jù)具體需求對模塊進行優(yōu)化和調(diào)整，以滿足不同設備的電源要求。大家在使用這個模塊的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨特的應用經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。