德州儀器TPS62110EVM - 346評估模塊深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，評估模塊對于工程師們來說是了解和驗(yàn)證芯片性能的重要工具。今天，我們就來深入探討一下德州儀器（Texas Instruments）的TPS62110EVM - 346評估模塊，看看它在WLED驅(qū)動和電壓調(diào)節(jié)方面的表現(xiàn)。

文件下載：TPS62110EVM-346.pdf

一、模塊概述

TPS62110EVM - 346評估模塊主要用于展示TPS62110同步降壓轉(zhuǎn)換器的功能。該轉(zhuǎn)換器具有1MHz的高開關(guān)工作頻率，這使得外部組件可以做得很小，典型電感大小為6.8μH，整體解決方案面積僅為20mm × 15mm。其功率開關(guān)電流限制為2.4A，能在5V至17V的寬輸入電壓范圍內(nèi)提供典型1.5A的輸出電流。

這個評估模塊包含兩個獨(dú)立的電路：一個將設(shè)備作為典型的電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行演示，另一個則作為電流調(diào)節(jié)器驅(qū)動白色LED（WLED）。接下來，我們將詳細(xì)介紹它的各項(xiàng)特性和使用方法。

二、性能規(guī)格

2.1 整體性能指標(biāo)

2.2 WLED U1部分

U1電路被配置為WLED驅(qū)動器，能在5V至17V的輸入電壓范圍內(nèi)將通過OSRAM Golden DRAGON WLED的電流調(diào)節(jié)到500mA。為了減少電流檢測電阻上的功耗，使用了外部電壓參考，將檢測電壓(V{sense})從1.153mV降低到255mV。不過，這種求和網(wǎng)絡(luò)與控制拓?fù)涞慕Y(jié)合會降低電流調(diào)節(jié)器的精度。當(dāng)(V{sense})電壓為255mV時(shí)，EVM的電流調(diào)節(jié)點(diǎn)變化約為10%；隨著(V_{sense})電壓的增加，精度會提高，例如500mV時(shí)約為5%，1V時(shí)約為2%。

此外，TPS62110可以通過調(diào)整檢測電阻R10或參考電壓網(wǎng)絡(luò)R1和R2來提供100mA至1500mA的寬電流范圍。同時(shí)，U1電路還可以通過連接器J2驅(qū)動外部LED，但需要移除0 - Ω電阻R22以斷開板載LED D4。如果要驅(qū)動多個外部串聯(lián)LED，需要確保輸出電壓Vout小于Vin降壓或降壓轉(zhuǎn)換器配置，并且要驗(yàn)證輸出電容器C4和C5的電壓額定值是否足夠。

2.3 3.3 - V調(diào)節(jié)器U2部分

U2電路被配置為可調(diào)輸出版本，通過R18和R4將輸出電壓設(shè)置為3.3V?？梢酝ㄟ^更改這兩個電阻將輸出電壓重置為1.2V至16V之間的值，具體推薦值可參考TPS62110數(shù)據(jù)手冊（SLVS585）。如果增加輸出電壓，需要確保輸出電容器C7和C6的電壓額定值合適。此外，還提供了兩個額外的輸出電容器位置C14和C15。

U2也可以用固定輸出版本的TPS62111或TPS62112替換。在這種配置下，需要用0 - Ω電阻替換R18，并移除R4和C3。

三、模塊設(shè)置

3.1 輸入/輸出連接器說明

• U1 - WLED部分：
  • J1：用于連接LED VIN和LED WLED輸入電壓源，正極連接底部三個Vin GND引腳，負(fù)極連接上部三個GND引腳。
  • J2：用于連接LED VOUT和WLED輸出電壓。
  • JP1：SYNC PFM/PWM引腳，高電平強(qiáng)制進(jìn)入低噪聲PWM模式，低電平啟用節(jié)能PFM/PWM模式，也可用于同步輸入。
  • JP2：EN WLED啟用引腳，低電平關(guān)閉，高電平開啟，開路也表示開啟。
  • J5：LBO/PG引腳，低電池輸出（LBO），低電平表示LBI低于其閾值；電源良好（PG），低電平表示輸出電壓低于正常值的98.4%。
• U2 - 3.3 - V調(diào)節(jié)器部分：
  • J3：用于連接3.3 - V調(diào)節(jié)器的輸入電壓源，正極連接底部三個Vin引腳，負(fù)極連接上部三個GND引腳。
  • J4：用于連接3.3 - V調(diào)節(jié)器的輸出電壓，正極連接底部三個VOUT引腳，負(fù)極連接上部三個GND引腳。
  • JP4：SYNC PFM/PWM引腳，功能與U1部分的JP1類似。
  • JP3：EN引腳，用于啟用3.3 - V調(diào)節(jié)器，低電平關(guān)閉，高電平開啟，開路也表示開啟。
  • J8：LBO/PG引腳，功能與U1部分的J5類似。

3.2 配置選擇

評估模塊的兩個部分都設(shè)計(jì)為在5V至17V的輸入電壓下工作。需要將電源連接到相應(yīng)部分的輸入端子，并根據(jù)需要將EN跳線安裝在ON或OFF位置（WLED部分使用JP2，電壓調(diào)節(jié)器部分使用JP3）。由于WLED非常亮，使用時(shí)需要采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。模塊可以在SYNC跳線的PWM或PWM/PFM位置工作，這會影響效率，具體信息可參考數(shù)據(jù)手冊。

四、設(shè)計(jì)步驟 - 分壓網(wǎng)絡(luò)

TPS62110的反饋電壓（FB）設(shè)置為1.153V。如果用于電流調(diào)節(jié)，檢測電阻的功耗會很高。為了降低電流檢測電阻(R{10})上的功耗，將2.5V的參考電壓求和，使(V{sense})電壓從1.153V降低到0.255V。

設(shè)計(jì)步驟如下：

1. 選擇LED工作電流和(V{sense})電壓，以確定(R{10})的值。這里存在一個權(quán)衡：隨著(V{sense})的增加，電流調(diào)節(jié)精度提高，但最大值為1.153V；隨著(V{sense})的降低，功耗降低，但由于(Vref)、電阻(R{1})和(R{2})引起的誤差會增加。
2. EVM的(I{LED})設(shè)置為500mA，(V{sense})電壓為0.225V。根據(jù)公式(V{sense}=I{LED} × R{10})，可得(R{10}=0.255V ÷ 500mA = 510mΩ)。
3. 計(jì)算(V{R1}=V{FB}-V{sense}=1.153V - 0.255V = 0.898V)，(V{R2}=V{REF}-V{FB}=2.5V - 1.153V = 1.347V)。
4. 選擇分壓電流為1mA，則(R{1}=V{R1} ÷ 1mA = 898Ω)，標(biāo)準(zhǔn)值取887Ω；(R{2}=V{R2} ÷ 1mA = 1347Ω)，標(biāo)準(zhǔn)值取1330Ω。

通過改變(R{10})的值可以增加或減少輸出電流。例如，要獲得1A的輸出電流，可將(R{10})減小到250mΩ；要獲得250mA的輸出電流，可將(R_{10})增加到1Ω。

五、測試結(jié)果

測試結(jié)果通過圖1、圖2和圖3展示：

• 圖1顯示了Iout為500mA時(shí)WLED部分的效率。
• 圖2顯示了Iout為1A時(shí)電壓調(diào)節(jié)器部分的效率與Vin的關(guān)系。
• 圖3顯示了Vin為6V和12V時(shí)電壓調(diào)節(jié)器部分的效率與Iout的關(guān)系。

從這些測試結(jié)果中，我們可以直觀地了解到評估模塊在不同工作條件下的效率表現(xiàn)，這對于工程師在實(shí)際應(yīng)用中選擇合適的工作參數(shù)具有重要的參考價(jià)值。

六、印刷電路板布局

該部分提供了TPS62110EVM - 346印刷電路板（PCB）的布局和圖示，包括組裝層、頂層布線和底層布線。在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意LED亮度較高，建議佩戴防護(hù)眼鏡。

七、原理圖和物料清單

7.1 原理圖

提供了WLED部分和電壓調(diào)節(jié)器部分的原理圖，通過這些原理圖，工程師可以清晰地了解電路的連接和工作原理。

7.2 物料清單

詳細(xì)列出了評估模塊所使用的各種組件，包括電容器、電阻器、電感器、集成電路等，以及它們的數(shù)量、參考設(shè)計(jì)值、描述、尺寸、部件編號和制造商等信息。這對于工程師進(jìn)行物料采購和電路調(diào)試非常有幫助。

八、相關(guān)文檔和注意事項(xiàng)

8.1 相關(guān)文檔

德州儀器提供了TPS62110的相關(guān)數(shù)據(jù)手冊（SLVS585），工程師可以從中獲取更詳細(xì)的產(chǎn)品信息和技術(shù)參數(shù)。

8.2 注意事項(xiàng)

• 該評估模塊僅用于工程開發(fā)、演示或評估目的，并非適用于一般消費(fèi)者使用的成品。
• 操作時(shí)需要確保在3.6V至17V的輸入電壓范圍和3V至16V的輸出電壓范圍內(nèi)工作，超出指定范圍可能會導(dǎo)致意外操作和/或?qū)VM造成不可逆損壞。
• 正常運(yùn)行時(shí)，一些電路組件的外殼溫度可能會超過50°C，操作時(shí)需要注意避免觸摸這些高溫組件。
• 該評估模塊未經(jīng)過FCC規(guī)則第15部分的測試，在其他環(huán)境中操作可能會對無線電通信造成干擾，用戶需要自行采取措施糾正干擾。

總之，TPS62110EVM - 346評估模塊為工程師提供了一個很好的平臺，用于評估TPS62110在WLED驅(qū)動和電壓調(diào)節(jié)方面的性能。通過深入了解其性能規(guī)格、設(shè)置方法、設(shè)計(jì)步驟和測試結(jié)果，工程師可以更好地將其應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。