德州儀器 TPS6012x 和 TPS6013x 評(píng)估模塊使用指南

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高效的電壓轉(zhuǎn)換器是眾多項(xiàng)目的核心組件。德州儀器（TI）的 TPS60120 和 TPS60130 電荷泵作為調(diào)節(jié)式、高效率的直流 - 直流轉(zhuǎn)換器，為設(shè)計(jì)師們提供了可靠的電壓轉(zhuǎn)換解決方案。為了幫助設(shè)計(jì)師更好地評(píng)估這兩款器件，TI 推出了對(duì)應(yīng)的評(píng)估模塊（EVM），即 TPS60120EVM - 142 和 TPS60130EVM - 143。

文件下載：TPS60120EVM-142.pdf

二、器件特性

輸出參數(shù)

• TPS60120：輸出電壓為 3.3 V。當(dāng)輸入電壓在 2 V 至 3.6 V 時(shí)，最大輸出電流為 200 mA；當(dāng)輸入電壓在 1.8 V 至 2 V 時(shí)，最大輸出電流為 100 mA。
• TPS60130：輸出電壓為 5 V。當(dāng)輸入電壓在 3 V 至 5.4 V 時(shí)，最大輸出電流為 300 mA；當(dāng)輸入電壓在 2.7 V 至 3 V 時(shí)，最大輸出電流為 150 mA。

工作模式

這兩款器件可根據(jù)輸入電壓，工作在電壓倍增器模式或 1.5 倍模式，因此具有較高的效率。更多詳細(xì)信息可參考對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)（文獻(xiàn)編號(hào) SLVS257 對(duì)應(yīng) TPS60120，SLVS258 對(duì)應(yīng) TPS60130）。

外部元件

這兩款電荷泵最少需要四個(gè)外部電容器。為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化性能，EVM 中 TPS60120 使用了六個(gè)外部電容器，TPS60130 使用了五個(gè)外部電容器。此外，還在 LBI 和 LBO 處添加了額外的電阻和電容。通過給定的電阻值，當(dāng) TPS60120 的輸入電壓 (V{IN}) 為 2 V 或更低，以及 TPS60130 的輸入電壓 (V{IN}) 為 3 V 或更低時(shí)，LBO 輸出會(huì)發(fā)出低信號(hào)。若要為其他輸入電壓范圍選擇電阻值，可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

電容選擇

飛行電容必須使用陶瓷電容，因?yàn)樗鼈冃枰焖俪潆姾头烹?，所以要求具有較低的等效串聯(lián)電阻（ESR）。鉭電容由于其電容值會(huì)隨頻率增加而減小，無法處理如此高的頻率。

通用性

TPS60120 和 TPS60130 EVM 板還可用于評(píng)估該系列的其他器件（如 TPS60121、TPS60122、TPS60123、TPS60131、TPS60132 和 TPS60133）。為此，只需將集成電路和電容 C1 至 C4（見第二章）替換為數(shù)據(jù)手冊(cè)中推薦的值。對(duì)于具有電源良好（PG）功能的器件，LBI 電阻可以移除，但并非必需。LBO 上拉電阻可作為 PG 上拉電阻，LBO 焊盤提供 PG 信號(hào)。

三、評(píng)估模塊原理圖

整體情況

TPS60120 和 TPS60130 的兩個(gè) EVM 原理圖相同，不同之處在于集成電路本身以及外部元件的值（具體可參考表 2 - 1 和表 2 - 2）。

元件參數(shù)

TPS60120 EVM 元件參數(shù)

TPS60130 EVM 元件參數(shù)

電阻與電容作用

電阻 R1/R2 用于調(diào)整 LBI 輸入的輸入電壓，以便進(jìn)行低電池檢測(cè)，該電壓會(huì)與 1.21 V 的內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較。電容 C7 作為 LBI 輸入電壓的濾波電容，建議使用該電容是因?yàn)樵?LBI 比較器的切換點(diǎn)，輸入處的噪聲可能會(huì)觸發(fā) LBO，從而導(dǎo)致 LBO 引腳出現(xiàn)振蕩。由于 LBO 輸出是開漏輸出，因此需要一個(gè)外部上拉電阻（R3）。在不需要低電池檢測(cè)的應(yīng)用中，可以省略這四個(gè)元件。

連接器

• 輸入輸出連接器：板上有兩個(gè)六針連接器，用于輸入和輸出電壓。每個(gè)連接器的前三個(gè)引腳用于電源（In 或 Out），后三個(gè)引腳用于接地（GND）信號(hào)。
• 使能連接器：三針連接器可用于連接器件的 ENABLE 引腳。連接器的第一個(gè)引腳為電源（In）信號(hào)，第二個(gè)引腳為邏輯信號(hào)，第三個(gè)引腳為接地（GND）信號(hào)?？梢允褂锰€將該引腳連接到輸入（電源電壓）或接地，以開啟或關(guān)閉器件。也可以使用外部信號(hào)源并將其連接到第二個(gè)引腳來連接任何其他信號(hào)。ENABLE 引腳是 CMOS 邏輯電平輸入，電平規(guī)格可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。連接到邏輯引腳的信號(hào)值可以高于電源電壓，但不得超過最大額定值（見數(shù)據(jù)手冊(cè)）。將邏輯低電平應(yīng)用于 ENABLE 輸入會(huì)關(guān)閉器件，并將輸出與輸入斷開。在這種狀態(tài)下，電源電流會(huì)降至 0.05 μA。對(duì)于正常操作，應(yīng)分別將 ENABLE 信號(hào)連接到輸入電壓或邏輯高電平。

四、評(píng)估模塊布局

布局特點(diǎn)

評(píng)估模塊的組件和所有信號(hào)都僅放置在印刷電路板（PCB）的頂層。為了提供最佳性能，底層是一個(gè)實(shí)心接地平面（僅被一些過孔中斷）。圖 2 - 1 和圖 2 - 2 展示了組件的放置和 EVM 的布局。表 2 - 1 和表 2 - 2 包含了放置在 EVM 上的所有電容和電阻的值及描述。

空間需求

EVM 上集成電路和電容所需的空間約為 (15 mm × 16 mm = 240 mm^{2})。

五、評(píng)估模塊設(shè)置

操作步驟

為了使 EVM 正常工作，需遵循以下步驟：

1. 使能輸入設(shè)置：確保 ENABLE 輸入已正確跳線或連接到外部源。
2. 負(fù)載連接：在輸出端（GND 和 Out 之間）連接負(fù)載。
   • TPS60120：當(dāng) (V{IN}) 在 2 V 至 3.6 V 之間時(shí)，負(fù)載電阻應(yīng)大于 16.5 Ω 或負(fù)載電流在 0 mA 至 200 mA 之間；當(dāng) (V{IN}) 在 1.8 V 至 2 V 之間時(shí)，負(fù)載電阻應(yīng)大于 33 Ω 或負(fù)載電流在 0 mA 至 100 mA 之間。
   • TPS60130：當(dāng) (V{IN}) 在 3 V 至 5.4 V 之間時(shí)，負(fù)載電阻應(yīng)大于 16.7 Ω 或負(fù)載電流在 0 mA 至 300 mA 之間；當(dāng) (V{IN}) 在 2.7 V 至 3 V 之間時(shí)，負(fù)載電阻應(yīng)大于 33.4 Ω 或負(fù)載電流在 0 mA 至 150 mA 之間。
3. 電源連接：將具有適當(dāng)電壓的直流電源（或電池組）連接到輸入（In）和接地（GND）之間。
   • TPS60120：輸入電壓范圍為 1.8 V 至 3.6 V。
   • TPS60130：輸入電壓范圍為 2.7 V 至 5.4 V。

六、總結(jié)

德州儀器的 TPS6012x 和 TPS6013x 電荷泵評(píng)估模塊為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)，用于評(píng)估這些高效電壓轉(zhuǎn)換器的性能。通過合理設(shè)置和使用 EVM，設(shè)計(jì)師可以更好地了解器件的特性，為實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供有力支持。大家在使用過程中，是否遇到過類似評(píng)估模塊的使用難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和問題。