探索TPS5442x5降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊：設(shè)計與應(yīng)用全解析

作為電子工程師，我們常常需要深入了解各類電子元件和評估模塊，來滿足不同項目的需求。今天，我將帶大家詳細了解TPS5442x5降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊（PWR - 681EVM），從它的基本特性到測試過程，再到軟件配置，全方位剖析這個模塊的魅力。

文件下載：TPS544B25EVM-681.pdf

模塊概述

PWR - 681EVM評估模塊可使用TPS544B25或TPS544C25設(shè)備。這兩款設(shè)備是高度集成的同步降壓轉(zhuǎn)換器，分別設(shè)計用于高達20A或30A的電流輸出。該模塊作為單輸出DC - DC轉(zhuǎn)換器，在典型的低壓應(yīng)用中展示了這些設(shè)備的性能，同時提供了多個測試點，方便我們評估其性能。它使用標稱12V的輸入總線，根據(jù)安裝的設(shè)備不同，可產(chǎn)生調(diào)節(jié)后的0.95V輸出，負載電流最高可達20A或30A。

典型應(yīng)用場景

該模塊適用于多種場景，如高密度電源解決方案、通信設(shè)備、服務(wù)器和計算設(shè)備以及智能電源系統(tǒng)等。這些領(lǐng)域?qū)﹄娫吹姆€(wěn)定性和效率要求較高，而PWR - 681EVM正好能滿足這些需求。

模塊特性

• 穩(wěn)定輸出：可提供調(diào)節(jié)后的0.95V輸出，穩(wěn)態(tài)輸出電流最高可達30A。
• 可配置功能：通過PMBus接口，我們可以對輸出電壓、欠壓鎖定（UVLO）、軟啟動、使能、過流警告和故障限制、過壓和欠壓警告及故障限制、外部過溫警告和故障限制等進行編程設(shè)置。
• 方便測試：提供了方便的測試點，可用于探測關(guān)鍵波形，還可選配外部溫度傳感器。

電氣性能規(guī)格

這些參數(shù)為我們在實際應(yīng)用中選擇合適的工作條件提供了重要參考。

測試設(shè)置

測試與配置軟件

要更改EVM上的任何默認配置參數(shù)，需要從TI網(wǎng)站下載TI Fusion Digital Power Designer軟件。該軟件是一個圖形用戶界面（GUI），用于配置和監(jiān)控安裝在評估模塊上的TPS544B25或TPS544C25電源轉(zhuǎn)換器。它通過PMBus協(xié)議，借助TI USB適配器在串行總線上與控制器進行通信。需要注意的是，TI USB適配器需單獨購買，不包含在EVM套件中。

測試設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源VIN必須是0V至18V的可變直流源，能夠提供至少8A的電流。
• 萬用表：建議使用兩個單獨的萬用表，分別測量VIN和VOUT。
• 輸出負載：推薦使用可變電子負載，能夠在低至0.9V的電壓下提供30A的電流。
• 示波器：用于測量輸出噪聲和紋波，測量輸出紋波時需使用尖端 - 桶形方法或更好的方法，示波器需調(diào)整到20MHz帶寬，交流耦合，50mV/格，1μs/格。
• 風(fēng)扇：在高負載長時間運行時，可能需要使用小風(fēng)扇對EVM進行強制風(fēng)冷，以確保設(shè)備溫度保持在105°C以下。
• USB - to - GPIO接口適配器：用于EVM和主機計算機之間的通信，可從http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio購買。
• 推薦線規(guī)：為了使負載處的工作電壓保持在其工作范圍內(nèi)，負載線的電壓降必須盡可能低。根據(jù)不同的線規(guī)和長度，可實現(xiàn)最大30A負載下不超過0.2V的電壓降。

測試點、跳線和開關(guān)

該模塊提供了多個測試點、跳線和開關(guān)，每個都有其特定的功能。例如，TP1用于測量電源開關(guān)節(jié)點，TP6用于效率測量的VOUT測量等。跳線JP1可用于測量Vin，跳線JP2可用于關(guān)閉IC。開關(guān)S1可在外部溫度傳感器和SS電阻之間切換。

EVM配置

工廠默認配置

TPS544B25或TPS544C25在出廠時已進行預(yù)配置，關(guān)鍵的工廠配置參數(shù)包括輸入電壓的開啟和關(guān)閉閾值、輸出電壓、過流和過壓警告及故障限制等。

重新配置步驟

如果需要將EVM配置為不同于工廠設(shè)置的參數(shù)，可以使用TI Fusion Digital Power Designer軟件。在啟動軟件之前，需要向EVM施加輸入電壓，使TPS544B25或TPS544C25處于活動狀態(tài)，以便GUI能夠識別設(shè)備。建議施加4V的輸入電壓，以避免在配置過程中轉(zhuǎn)換器啟動。具體配置步驟如下：

1. 將輸入電源調(diào)整為提供4V（4VDC），電流限制為1ADC。
2. 將輸入電壓施加到EVM。
3. 啟動Fusion GUI軟件。
4. 根據(jù)需要配置EVM的操作參數(shù)。
5. VSET引腳在EVM上拉高到BP3，因此啟動時VOUT_COMMAND從內(nèi)部EEPROM恢復(fù)。SYNC/RESET_B引腳在此設(shè)置下配置為SYNC功能。如需使用VSET或RESET_B功能，需正確安裝R19電阻并移除R18電阻。
6. EVM上的S1提供了使用外部溫度傳感器Q1的選項。要在PMBus上讀取外部溫度值，需要將(E5h) MFR_SPECIFIC _21寄存器中的位8（SS_DET_DIS）設(shè)置為1，否則READ_TEMPERATURE_2將始終返回25°C。
7. 在4VDC輸入下，內(nèi)部配置電路將通電并處于活動狀態(tài)，但設(shè)備仍處于欠壓鎖定（UVLO）狀態(tài)，輸出關(guān)閉。

測試過程

線路/負載調(diào)節(jié)測量

1. 確保電子負載設(shè)置為0A（0ADC）。
2. 使用數(shù)字萬用表將VIN從0V增加到12V，同時使用另一個數(shù)字萬用表測量TP4和TP5處的輸出電壓VOUT。
3. 將負載從0ADC變化到最大額定輸出（TPS544B25 = 20A，TPS544C25 = 30A），VOUT必須保持在規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
4. 將VIN從4.5V變化到18V，VOUT同樣必須保持在規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
5. 將負載減小到0A。
6. 將VIN減小到0V或關(guān)閉電源。

效率測量

測量EVM上功率級的效率時，需要在正確的位置測量電壓，以避免測量結(jié)果包含與功率級本身無關(guān)的效率損失。具體測量點包括JP1（VIN +VE）、TP10（VIN -VE）、TP6（VOUT +VE）和TP10（VOUT -VE）。輸入電流可以在輸入線的任何點測量，輸出電流可以在被測量輸出的輸出線的任何位置測量。

波特圖測量

1. 按照線路/負載調(diào)節(jié)測量的步驟設(shè)置VIN和負載到所需的工作條件。
2. 將隔離變壓器的交流小信號注入連接到測試點TP2和TP3。
3. 將輸入信號幅度測量探頭（通道A）連接到TP3。
4. 將輸出信號幅度測量探頭（通道B）連接到TP2。
5. 將通道A和通道B的接地引線連接到TP10。
6. 通過隔離變壓器注入10mV或更小的信號。
7. 以10Hz或更低的后置濾波器從500Hz到500kHz掃描頻率。
8. 控制回路增益可以通過20 x log（ChannelB/ChannelA）測量。
9. 控制回路相位可以通過通道A和通道B之間的相位差測量。
10. 按照設(shè)備關(guān)機步驟關(guān)閉設(shè)備。

設(shè)備關(guān)機

1. 將負載電流減小到0A。
2. 將輸入電壓減小到0V。
3. 如果使用了外部風(fēng)扇，關(guān)閉風(fēng)扇。
4. 關(guān)閉設(shè)備。

性能數(shù)據(jù)與典型特性曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，包括效率、負載調(diào)節(jié)、線路調(diào)節(jié)、瞬態(tài)響應(yīng)、輸出紋波、控制開啟和關(guān)閉、過流保護、控制回路波特圖和熱圖像等。這些曲線直觀地展示了模塊在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，為我們評估模塊的性能提供了重要依據(jù)。

Fusion GUI使用

Fusion Digital Power Designer軟件提供了一個直觀的圖形用戶界面，用于配置和監(jiān)控EVM。通過該軟件，我們可以進行以下操作：

• 啟動與掃描：啟動軟件后，軟件會掃描USB適配器以查找設(shè)備，找到設(shè)備后繼續(xù)啟動過程。
• 配置參數(shù)：可以配置各種參數(shù)，如輸出電壓、過流和過壓警告及故障限制、欠壓鎖定、軟啟動時間等。配置過程中，更改參數(shù)后會彈出確認窗口，選擇寫入硬件或存儲配置到NVM可將更改保存。
• 監(jiān)控數(shù)據(jù)：監(jiān)控屏幕可顯示實時數(shù)據(jù)，包括VOUT、IOUT、溫度等參數(shù)的圖形，還可以進行數(shù)據(jù)記錄和PMBus日志記錄。
• 系統(tǒng)儀表盤和狀態(tài)屏幕：系統(tǒng)儀表盤可顯示系統(tǒng)級信息，狀態(tài)屏幕可顯示控制器的狀態(tài)。
• 導(dǎo)入和存儲配置：可以通過導(dǎo)入項目或配置文件一次性配置設(shè)備的所有參數(shù)，也可以將當(dāng)前配置存儲到非易失性存儲器中。

總結(jié)

TPS5442x5降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊（PWR - 681EVM）是一款功能強大、性能穩(wěn)定的評估模塊，適用于多種應(yīng)用場景。通過詳細了解其特性、電氣性能規(guī)格、測試設(shè)置、配置方法和測試過程，我們可以更好地利用該模塊進行電源設(shè)計和測試。同時，F(xiàn)usion Digital Power Designer軟件為我們提供了便捷的配置和監(jiān)控手段，提高了開發(fā)效率。在實際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)具體需求選擇合適的工作條件和配置參數(shù)，以滿足項目的要求。

你在使用這個模塊的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。