探索TPS54x73EVM - 225評估模塊：設(shè)計與性能全解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和設(shè)計靈活性至關(guān)重要。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的TPS54673EVM - 225和TPS54873EVM - 225評估模塊，了解它們的特點、性能以及使用方法。

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一、模塊概述

這個模塊的設(shè)計旨在展示使用TPS54x73系列穩(wěn)壓器時能夠?qū)崿F(xiàn)的小尺寸PCB設(shè)計。開關(guān)頻率設(shè)定為標(biāo)稱700kHz，允許使用小尺寸的0.65μH輸出電感。而且，MOSFET集成在TPS54x73封裝內(nèi)，無需外部MOSFET及其相關(guān)驅(qū)動器，低導(dǎo)通電阻的MOSFET保證了高效率，并有助于在高輸出電流時保持較低的結(jié)溫。補(bǔ)償組件位于IC外部，可實現(xiàn)可調(diào)輸出電壓和可定制的環(huán)路響應(yīng)。

二、性能規(guī)格

1. TPS54673EVM - 225性能

在輸出電壓為3.3V和2.5V的情況下，該模塊展現(xiàn)出了良好的性能。例如，在特定測試條件下，輸出電流范圍、負(fù)載調(diào)節(jié)、相位裕度、輸出紋波電壓等指標(biāo)都有明確的表現(xiàn)。最大效率在(V{I}=3.3V)，(V{O}=2.5V)，(I{O}=1.0A)時能達(dá)到93%。不過，需要注意的是，當(dāng)(v{1})接近3V時，最大占空比會接近極限，從而限制(V_{O}=2.5V)時的輸入電壓范圍。

2. TPS54873EVM - 225性能

對于TPS54873EVM - 225，在輸出電壓為5V和3.3V時，其輸入電壓范圍、線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等性能指標(biāo)也較為出色。最大效率可達(dá)93.5%。

三、模塊修改

1. 輸出電壓調(diào)整

2. 開關(guān)頻率調(diào)整

開關(guān)頻率可以通過改變R6的值在280kHz至700kHz之間進(jìn)行調(diào)整。不過，降低開關(guān)頻率會增加輸出紋波，除非增加L1的值?？梢詤⒖碱l率微調(diào)電阻選擇圖來確定合適的R6值。

3. 輸出濾波器配置

模塊支持通過PCB背面的焊盤進(jìn)行替代輸出濾波器配置。C15、C16和C17的位置可容納多達(dá)三個電解型表面貼裝電容器，L2的位置可容納如Vishay IHLP - 5050系列等流行的電感器。由于輸出濾波器的變化會影響整體環(huán)路響應(yīng)，因此可能需要調(diào)整補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（R1、R2、R3、C1、C2和C3）的值。反饋路徑中的0Ω電阻R8方便測試補(bǔ)償值的變化。

4. 預(yù)充電功能

TPS54x73系列器件主要用于需要輸出預(yù)充電條件的應(yīng)用，如DSP和微處理器的電源。模塊提供了四個串聯(lián)二極管D1至D4，允許用戶從EVM輸入電壓或外部源對輸出進(jìn)行預(yù)充電。使用輸入電壓作為預(yù)充電源時，在J3插頭上安裝跳線；使用外部源時，使用J4連接器端子，同時保持J3斷開。需要注意的是，輸出電壓預(yù)充電不能超過預(yù)設(shè)輸出電壓，否則TPS54x73器件將無法開始開關(guān)操作，并且可能因電壓瞬變導(dǎo)致器件損壞。

四、測試設(shè)置與結(jié)果

1. 輸入/輸出連接

TPS54x73EVM - 225有Vout J1、Vin J2和Prechgin J4等輸入/輸出連接。應(yīng)使用能夠提供6A電流的電源通過一對20 - AWG電線連接到J2，負(fù)載通過一對16 - AWG電線連接到J2。測試點TP1方便連接示波器電壓探頭以監(jiān)測輸出電壓。在使用外部電源作為(V{1})源時，可能需要根據(jù)電源輸出阻抗和連接線長度添加額外的大容量電容器。

2. 效率

模塊的效率在負(fù)載電流約為1A至2A時達(dá)到峰值，然后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。環(huán)境溫度升高會導(dǎo)致MOSFET的漏源電阻變化，從而降低效率。此外，700kHz的開關(guān)頻率下效率略低于較低開關(guān)頻率，這是由于MOSFET的柵極和開關(guān)損耗造成的。

3. 功率耗散

PWP封裝的低結(jié)殼熱阻和良好的電路板布局使得模塊能夠在輸出全額定負(fù)載電流的同時保持安全的結(jié)溫。例如，在3.3V輸入源和6A負(fù)載下，結(jié)溫約為60°C，殼溫約為55°C。

4. 輸出電壓調(diào)節(jié)

輸出電壓的負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)性能在環(huán)境溫度為25°C時進(jìn)行了測量。TPS54673的輸入電壓下限約為3.02V，因為此時器件處于最大占空比運(yùn)行狀態(tài)。

5. 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

模塊對負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)表現(xiàn)良好，電流階躍從最大額定負(fù)載的25%到75%時，輸出電壓的總峰 - 峰變化包括紋波和噪聲。

6. 環(huán)路特性

負(fù)載響應(yīng)特性顯示，電流階躍從最大額定負(fù)載的 - 50%到50%時，輸出電壓的總峰 - 峰變化包含紋波和噪聲。

7. 輸出電壓紋波和輸入電壓紋波

在額定全負(fù)載下，分別測量了TPS54673和TPS54873的輸出電壓紋波和輸入電壓紋波。

8. 啟動

啟動電壓波形展示了不同預(yù)充電條件下的啟動過程。無預(yù)充電時，當(dāng)(V_{1})達(dá)到2.95V的欠壓鎖定（UVLO）閾值時，慢啟動電容器開始充電，內(nèi)部參考電壓逐漸上升，直到達(dá)到最大占空比后開始開關(guān)操作，輸出電壓逐漸上升到最終設(shè)定值。有預(yù)充電時，內(nèi)部參考電壓必須高于預(yù)充電輸出反饋到VSENSE引腳的電壓才能開始開關(guān)操作。

五、電路板布局

TPS54x73EVM - 225的電路板布局采用了典型的用戶應(yīng)用方式。頂層包含(V{1})、(V{O})和(V_{(phase)})的主要電源走線，以及TPS54x73其余引腳的連接和大面積的接地。兩個內(nèi)部層是相同的接地平面。底層包含用于可選替代輸出濾波器的焊盤，包括三個D3或D4尺寸的電解電容器和一個0.5英寸×0.5英寸的電感器的空間。頂層和底層的接地走線通過多個過孔連接到內(nèi)部接地平面，為PowerPAD提供熱路徑。輸入去耦電容器、偏置去耦電容器和自舉電容器都盡可能靠近IC放置，補(bǔ)償組件也靠近IC，補(bǔ)償電路連接到調(diào)節(jié)點的輸出電壓。

六、原理圖和物料清單

模塊的原理圖展示了其電路結(jié)構(gòu)，物料清單詳細(xì)列出了各個組件的信息，包括電容器、電阻器、電感器、二極管、連接器等的數(shù)量、型號和規(guī)格。

綜上所述，TPS54x73EVM - 225評估模塊為電子工程師提供了一個靈活且高性能的電源管理解決方案。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理調(diào)整模塊的參數(shù)和配置，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。你在使用類似模塊時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。