TPS55330EVM - 017評估模塊技術(shù)解析

一、背景介紹

TPS55330EVM - 017是一款用于評估TPS55330 DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器的評估模塊（EVM）。該模塊的輸入電壓范圍為2.9V至4.2V，輸出電壓為5V，最大輸出電流可達(dá)2.1A。其開關(guān)頻率外部設(shè)定為標(biāo)稱600kHz，內(nèi)部集成了24V、5A的低端MOSFET及柵極驅(qū)動電路，MOSFET低的漏源導(dǎo)通電阻有助于實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。補(bǔ)償組件位于集成電路（IC）外部，EVM的絕對最大輸入電壓為18V。

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二、性能規(guī)格總結(jié)

1. 輸入輸出范圍

輸入電壓范圍為2.9V - 4.2V，輸出電壓設(shè)定為5V，輸出電流范圍是0.001A - 2.1A。

2. 調(diào)節(jié)性能

• 線路調(diào)節(jié)：在輸出電流 (I{OUT}=2.1A)，輸入電壓 (V{IN}) 從2.9V到4.2V變化時(shí)，線路調(diào)節(jié)率為±0.1%。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)：當(dāng)輸出電流從1mA變化到2.1A時(shí)，負(fù)載調(diào)節(jié)率同樣為±0.1%。

3. 動態(tài)響應(yīng)

• 當(dāng)輸出電流從525mA變化到1.575A時(shí)，電壓變化為 - 220mV，恢復(fù)時(shí)間為400μs。
• 當(dāng)輸出電流從1.575A變化到525mA時(shí)，電壓變化為180mV，恢復(fù)時(shí)間為400μs。

4. 其他性能

• 工作頻率為600kHz，環(huán)路帶寬在 (I_{OUT}=2.1A) 時(shí)為10kHz，相位裕度為76°。
• 輸出紋波電壓在 (I{OUT}=2.1A) 時(shí)為20mVpp，在輸入電壓 (V{IN}=4.2V)、輸出電流 (I_{OUT}=700mA) 時(shí)，最大效率可達(dá)92.5%。

三、模塊修改

1. 輸出電壓設(shè)定

通過R1和R2組成的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)來設(shè)定輸出電壓。固定R2為10kΩ左右，可通過改變R1的值來改變EVM的輸出電壓，計(jì)算公式為 (R1 = R2×(frac{V{OUT}}{1.229V}-1)) 。需注意輸入電壓 (V{IN}) 要使導(dǎo)通時(shí)間大于最小可控導(dǎo)通時(shí)間（典型值77ns），且最大占空比小于89%（最小值）和93%（典型值）。

2. 最大輸出電流

調(diào)整輸入或輸出電壓設(shè)置后，需根據(jù)數(shù)據(jù)手冊（SLVSBX8）中的公式驗(yàn)證最大輸出電流。

3. 慢啟動時(shí)間

通過改變電容C3的值來調(diào)整慢啟動時(shí)間。EVM推薦使用 (C3 = 0.047μF) ，可避免啟動時(shí)出現(xiàn)過沖。電容值越大，慢啟動時(shí)間越長；電容值越小，慢啟動時(shí)間越短。

4. 其他修改

在改變開關(guān)頻率、輸入/輸出電壓范圍、輸入電感、輸出電容或補(bǔ)償時(shí)，需參考數(shù)據(jù)手冊的建議和公式。

四、測試設(shè)置與結(jié)果

1. 輸入/輸出連接

EVM配備了輸入和輸出連接器及測試點(diǎn)。通過一對20 - AWG電線將能夠提供5A電流的電源連接到J6，JP1的跳線需置于ON位置（1 - 2）。通過一對20 - AWG電線將負(fù)載連接到J7，負(fù)載的最大電流能力至少為2.1A。同時(shí)，要盡量減小電線長度以降低線路損耗。

2. 效率

EVM的效率在不同輸入電壓下有所不同。在2.9V輸入時(shí)，負(fù)載電流約為400mA時(shí)效率達(dá)到峰值；在4.2V輸入時(shí)，負(fù)載電流約為700mA時(shí)效率達(dá)到峰值，之后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。較高的環(huán)境溫度可能會因內(nèi)部MOSFET的漏源電阻隨溫度變化而導(dǎo)致效率降低。

3. 輸出電壓調(diào)節(jié)

• 負(fù)載調(diào)節(jié)：在環(huán)境溫度為25°C時(shí)，輸出電壓的負(fù)載調(diào)節(jié)率表現(xiàn)良好。
• 線路調(diào)節(jié)：在2.4Ω（2.1A）負(fù)載下，輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓的線路調(diào)節(jié)率也能保持在一定范圍內(nèi)。

4. 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

當(dāng)輸入電壓為3.6V，負(fù)載電流從最大額定負(fù)載的25%階躍到75%時(shí)，EVM能做出相應(yīng)響應(yīng)，總峰 - 峰電壓變化包括輸出紋波和噪聲。

5. 環(huán)路特性

在輸入電壓 (V{IN}=3.6V) 、負(fù)載電流 (I{OUT}=2.1A) 時(shí)，可得到EVM的環(huán)路響應(yīng)特性，包括增益和相位曲線。

6. 輸出電壓紋波

在額定滿載2.1A、輸入電壓 (V_{IN}=3.6V) 時(shí)，可測量輸出電壓紋波和電感電流紋波。在不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下，也能觀察到相應(yīng)的輸出電壓紋波、電感電流紋波和開關(guān)波形。

7. 脈沖跳過操作

TPS55330在輕載運(yùn)行時(shí)具有脈沖跳過功能以進(jìn)行輸出調(diào)節(jié)。

8. 輸入電壓紋波

在額定滿載2.1A、輸入電壓 (V{IN}=3.6V) 以及DCM模式下100mA負(fù)載、輸入電壓 (V{IN}=3.6V) 時(shí)，可測量輸入電壓紋波。

9. 啟動和關(guān)閉

• 通過EN控制：輸入電壓為3.6V時(shí)，EN信號變高，輸出電壓從 (V{IN}) 上升到5V；EN信號變低，輸出電壓從5V下降到 (V{IN}) 。
• 通過 (V_{IN}) 控制：輸入電壓上升時(shí)，轉(zhuǎn)換器開始切換，輸出電壓上升到5V；輸入電壓下降且低于典型的2.5V欠壓鎖定（UVLO）時(shí)，轉(zhuǎn)換器停止切換，輸出電壓下降。

五、電路板布局

1. 布局特點(diǎn)

EVM的電路板布局中，頂層、底層和內(nèi)層均采用2 - oz銅。頂層包含 (V{IN})、(V{OUT}) 和SW的主要功率走線，還包括TPS55330其余引腳的連接以及大面積的接地。內(nèi)層和底層主要是接地層，還有 (V{IN}) 和 (V{OUT}) 的填充區(qū)域。頂層接地走線通過多個(gè)過孔與底層和內(nèi)層接地平面相連，TPS55330器件正下方的九個(gè)過孔提供了從頂層接地平面到底層接地平面的熱路徑。

2. 元件布局要求

輸出去耦電容（C8 - C11）應(yīng)盡可能靠近IC放置；SW節(jié)點(diǎn)的銅面積應(yīng)保持較小以減少噪聲；(V{OUT}) 平面上靠近二極管D1的過孔有助于散熱；電壓設(shè)定點(diǎn)電阻分壓器組件應(yīng)靠近IC，電壓分壓器網(wǎng)絡(luò)連接到調(diào)節(jié)點(diǎn)的輸出電壓，即J7輸出連接器處的銅 (V{OUT}) 走線。

六、原理圖和物料清單

1. 原理圖

提供了EVM的詳細(xì)原理圖，展示了各元件之間的連接關(guān)系。

2. 物料清單

列出了EVM所需的所有元件，包括電容、電阻、二極管、電感、連接器等，以及它們的數(shù)量、值、描述、尺寸、型號和制造商等信息。

七、使用注意事項(xiàng)

1. 安全責(zé)任

用戶需自行承擔(dān)EVM的正確安全處理責(zé)任，并對TI因使用該設(shè)備而產(chǎn)生的所有索賠進(jìn)行賠償。

2. 保修政策

若評估板不符合用戶指南中的規(guī)格，可在交付日期起30天內(nèi)退還以獲得全額退款。TI的有限保修是唯一的保修，替代所有其他明示、暗示或法定保修。

3. 法規(guī)合規(guī)

EVM可能受FCC和Industry Canada規(guī)則的約束，不同情況有不同的使用限制和要求。在日本使用RF產(chǎn)品的EVM時(shí)，需遵守相關(guān)無線電法規(guī)定。

4. 應(yīng)用限制

該EVM僅用于實(shí)驗(yàn)室/開發(fā)環(huán)境的初步可行性評估，不適合作為成品供消費(fèi)者使用。用戶需確保產(chǎn)品符合相關(guān)法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)，承擔(dān)使用過程中的所有責(zé)任和風(fēng)險(xiǎn)。

作為電子工程師，在使用TPS55330EVM - 017評估模塊時(shí)，我們需要深入理解其性能特點(diǎn)、修改方法和測試結(jié)果，嚴(yán)格遵守使用注意事項(xiàng)，這樣才能更好地發(fā)揮該模塊的作用，為實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)提供有力支持。大家在實(shí)際應(yīng)用中有沒有遇到過類似模塊使用的問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。