TPS61175EVM - 326評(píng)估模塊：高效升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和設(shè)計(jì)合理性至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討德州儀器（Texas Instruments）的TPS61175EVM - 326評(píng)估模塊，它在升壓轉(zhuǎn)換方面有著出色的表現(xiàn)。

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一、模塊概述

TPS61175EVM - 326評(píng)估模塊旨在將5.0V至12.0V的輸入電壓提升至24V輸出，其核心是德州儀器的TPS61175高效升壓轉(zhuǎn)換器。該評(píng)估模塊的主要目標(biāo)是方便用戶評(píng)估TPS61175電源解決方案，它通過(guò)使用TPS61175可調(diào)輸出升壓轉(zhuǎn)換器、外部肖特基二極管、輸入和輸出電容器、電感器以及適當(dāng)?shù)姆答伜脱a(bǔ)償組件，來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的24V輸出。

二、性能規(guī)格

輸入為5.0V時(shí)

輸入為12.0V時(shí)

注：最小和最大值包含1%的電阻容差以及IC反饋參考電壓容差。

三、設(shè)計(jì)示例

以12V至24V非同步升壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)為例，我們來(lái)看看如何進(jìn)行組件選擇和設(shè)計(jì)。

1. 確定占空比

通過(guò)公式 (D{(MIN)}=frac{V{OUT}+V{D}-V{IN(MIN)}}{V{OUT}+V{D}}=frac{24 V + 0.5 V - 12 V}{24 V + 0.5 V}=51 %) 計(jì)算得出最小占空比。

2. 計(jì)算最大輸出電流

假設(shè)在 (V{IN} = 12 V) 時(shí)，(eta{est} = 90 %) 且 (RPL % = 20 %) ，根據(jù)公式 (I{OUT (max )}=frac{V{IN } × I{LIM } times(1 - RPL % / 2) × eta{est }}{V_{OUT }}=frac{12 V × 3 A times(1 - 20 % / 2) × 90 %}{24}=1.2 A) 計(jì)算最大輸出電流。

3. 選擇電感器

設(shè)計(jì)者選擇 (RPL % = 20 %) 和 (f{SW} = 750 kHz) ，并假設(shè) (eta{est} = 90 %) ，通過(guò)公式 (L geq frac{eta{est } × V{IN}}{left[f{SW} timesleft(frac{1}{V{OUT } + V{D} - V{IN}} + frac{1}{V{IN}}right)right] × RPL % × P{OUT }}) 計(jì)算得出電感值應(yīng)不小于15.3μH，最終選擇22μH的電感器。

4. 設(shè)置輸出電壓

選擇 (R2 = 16.2 kOmega) ，通過(guò)公式 (R1 = R2 timesleft(frac{V_{OUT }}{1.229 V}-1right)=16.2 k Omega timesleft(frac{24}{1.229 V}-1right)=300 k Omega to 301 k Omega) 來(lái)設(shè)置輸出電壓。

5. 設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率

利用數(shù)據(jù)表中的表1和圖13以及一些測(cè)試結(jié)果，設(shè)計(jì)者選擇143kΩ的電阻來(lái)設(shè)置750kHz的開(kāi)關(guān)頻率。

6. 選擇軟啟動(dòng)電容

設(shè)計(jì)者選擇了數(shù)據(jù)表推薦的0.047μF電容。

7. 選擇肖特基二極管

為了適應(yīng)電源輸出電壓的更高修改，設(shè)計(jì)者選擇了40V額定二極管?？紤]到功耗和溫度，在實(shí)際應(yīng)用中建議使用更大封裝的二極管。

8. 選擇輸出電容

輸出電容需要滿足紋波規(guī)格和瞬態(tài)規(guī)格，最終選擇3個(gè)4.7μF、50V的電容器，以提供接近15μF的輸出電容。

9. 補(bǔ)償控制環(huán)路

通過(guò)一系列計(jì)算和測(cè)試，確定補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

四、模塊設(shè)置與測(cè)試結(jié)果

1. 輸入/輸出連接

該模塊提供了多個(gè)連接點(diǎn)，用于不同電流下的輸入和輸出連接，以及外部時(shí)鐘同步信號(hào)的應(yīng)用。例如，J1用于較低輸入電流時(shí)的輸入電源正連接，J2用于較低輸出電流時(shí)的設(shè)備正輸出等。

2. 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果包括效率、啟動(dòng)過(guò)程、PWM操作、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)以及環(huán)路增益和相位等方面。從測(cè)試結(jié)果中，我們可以直觀地了解模塊在不同輸入電壓和負(fù)載條件下的性能表現(xiàn)。

五、電路板布局

電路板布局對(duì)于開(kāi)關(guān)模式電源至關(guān)重要。該模塊的電路板布局將高頻噪聲的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)與對(duì)噪聲敏感的反饋電路隔離開(kāi)來(lái)，并仔細(xì)處理了高頻電流環(huán)路的布線。具體的布局圖展示了頂層組裝層、頂層布線、內(nèi)部層1、內(nèi)部層2和底層的情況。

六、物料清單和原理圖

1. 物料清單

詳細(xì)列出了模塊中使用的各種組件，包括電容器、二極管、電感器、電阻器、測(cè)試點(diǎn)、IC等的規(guī)格和型號(hào)。

2. 原理圖

原理圖展示了模塊的電路連接關(guān)系，為進(jìn)一步的分析和設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

七、注意事項(xiàng)

在使用該評(píng)估模塊時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 該評(píng)估模塊僅用于工程開(kāi)發(fā)、演示或評(píng)估目的，并非適合一般消費(fèi)者使用的成品。
2. 操作時(shí)應(yīng)確保輸入電壓在3V至18V范圍內(nèi)，輸出電壓在38V范圍內(nèi)，否則可能導(dǎo)致意外操作或不可逆轉(zhuǎn)的損壞。
3. 正常運(yùn)行時(shí)，部分電路組件的外殼溫度可能超過(guò)125°C，操作時(shí)需注意避免燙傷。

通過(guò)對(duì)TPS61175EVM - 326評(píng)估模塊的深入了解，我們可以看到它在升壓轉(zhuǎn)換方面的強(qiáng)大性能和靈活設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)具體需求對(duì)模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮蛢?yōu)化，以滿足不同的電源管理要求。你在使用類似模塊時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。