德州儀器高功率密度低剖面NexFET?電源模塊CSD87588NEVM - 603深度解析

在電子設備的電源設計領(lǐng)域，高功率密度和低剖面的電源模塊一直是工程師們追求的目標。德州儀器（TI）的CSD87588NEVM - 603評估模塊（EVM），就是這樣一款具有代表性的產(chǎn)品。今天，我們就來深入探討一下這款模塊的特點、性能以及使用方法。

文件下載：CSD87588NEVM-603.pdf

一、模塊概述

CSD87588NEVM - 603旨在使用8至20V的穩(wěn)壓電源，輸出1.0V電壓，最大負載電流可達25A。它結(jié)合了TI的TPS51219控制器，以D - CAP2?模式運行，適用于筆記本電腦、I/O電源和系統(tǒng)電源等典型低電壓應用場景。

1.1 典型應用

• 筆記本電腦：為筆記本電腦的各種組件提供穩(wěn)定的電源供應。
• I/O電源：滿足I/O設備對電源的需求。
• 系統(tǒng)電源：為整個系統(tǒng)提供可靠的電力支持。

1.2 模塊特點

• 高精度輸出：輸出電壓為1.0V，公差僅為2%，能為對電壓精度要求較高的設備提供穩(wěn)定的電源。
• 大電流輸出：最大穩(wěn)態(tài)輸出電流可達25A，可滿足高功率設備的需求。
• 高開關(guān)頻率：開關(guān)頻率為300kHz，有助于提高電源轉(zhuǎn)換效率。
• 高效能表現(xiàn)：峰值效率超過89.5%，能有效降低能量損耗。

二、電氣性能規(guī)格

輸出電壓可以通過改變原理圖中R305和R308的值進行調(diào)整，具體細節(jié)可參考TPS51219的數(shù)據(jù)手冊SLUSAG1。TPS51219支持0.5至2V的輸出電壓范圍。

三、測試設置

3.1 測試設備

• 電壓源：
  • VIN：0 - 20V可變直流電源，能夠提供10A直流電流，連接到J303。
  • V5VIN：0 - 5V可變直流電源，能夠提供1A直流電流，連接到J301。
• 萬用表：
  • V1：測量TP304（Vins）和TP305（GNDS）之間的VIN電壓。
  • V2：測量TP301（5V）和TP302（GND）之間的5V電壓。
  • V3：測量TP308（Vouts）和TP309（GNDS）之間的輸出電壓。
  • A1：測量VIN輸入電流。
  • A2：測量V5VIN輸入電流。
• 輸出負載：電子恒阻模式負載，能夠在1.0V下提供0 - 30A直流電流。
• 示波器：數(shù)字或模擬示波器，用于測量開關(guān)節(jié)點波形。使用差分探頭，設置示波器阻抗為50Ω，帶寬為1GHz，直流耦合，水平分辨率為50ns/division，垂直分辨率為5V/division。測量開關(guān)節(jié)點波形時，將負探頭放在輸入電容的GND焊盤上，正探頭放在CSD87588N Vsw頂部金屬上。
• 風扇：TI建議使用200 - 400LFM的小型風扇，在負載電流高于20A時運行，以降低組件溫度。
• 推薦線規(guī)：
  • VIN到J303（8 - 20V輸入）：推薦使用1根14號AWG線，總長度小于4英尺（輸入2英尺，返回2英尺）。
  • V5VIN到J301（5V輸入）：推薦使用1根18號AWG線，總長度小于4英尺（輸入2英尺，返回2英尺）。
  • J304到負載：最小推薦使用2根14號AWG線，總長度小于4英尺（輸出2英尺，返回2英尺）。

3.2 推薦測試設置

在ESD工作站工作時，確保連接好手腕帶、靴帶或墊子，并在給EVM通電前參考用戶接地。

• 輸入連接：
  • 連接DC源VIN前，將源電流限制在最大10A，初始設置VIN為0V并連接。
  • 連接DC源V5VIN前，將源電流限制在最大0.5A，初始設置V5VIN為0V并連接。
  • 在TP304（Vins）和TP305（GNDS）連接電壓表V1測量VIN電壓，在TP301（5V）和TP302（GND）連接電壓表V2測量5V電壓。
  • 在DC源VIN和J303之間連接電流表A1測量輸入電流。
  • 在DC源V5VIN和J301之間連接電流表A2測量5V輸入電流。
• 輸出連接：
  • 在施加VIN和V5VIN之前，將負載連接到J304并設置為恒阻模式，吸收0A直流電流。
  • 在TP308（VOUTS）和TP309（GNDS）連接電壓表V3測量輸出電壓。

四、測試程序

4.1 線路和負載調(diào)節(jié)及效率測量程序

1. 確保負載設置為恒阻模式，吸收0A直流電流。
2. 在施加VIN和V5VIN之前，在EVM上的J302處放置跳線，將EVM設置為關(guān)閉位置。
3. 將VIN從0V增加到12V，使用V1測量輸入電壓。
4. 將V5VIN從0V增加到5V，使用V2測量輸入電壓。
5. 移除J302上的跳線以啟用控制器。
6. 打開風扇。
7. 將負載從0 - 25A變化，VOUT應保持在負載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
8. 將VIN從12V變化到19V，VOUT應保持在線路調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
9. 將負載減小到0A。
10. 放置跳線短路J302以禁用控制器。
11. 將V5VIN減小到0V。
12. 將VIN減小到0V。

4.2 測試點列表

4.3 設備關(guān)機

1. 關(guān)閉負載。
2. 在J302處放置跳線。
3. 關(guān)閉V5VIN和VIN。

五、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

通過圖4至圖6可以看到CSD87588NEVM - 603的典型性能曲線，包括效率與輸出電流的關(guān)系以及不同輸入電壓和輸出電流下的開關(guān)節(jié)點波形。這些曲線可以幫助工程師更好地了解模塊的性能表現(xiàn)，在實際應用中做出更合適的設計決策。

六、EVM組裝圖和PCB布局

CSD87588NEVM - 603采用六層1盎司銅電路板設計，圖7至圖14展示了其印刷電路板的設計。合理的PCB布局對于電源模塊的性能至關(guān)重要，它可以減少電磁干擾、提高散熱效率等。工程師在設計類似產(chǎn)品時，可以參考這些布局圖，優(yōu)化自己的設計。

七、物料清單

該模塊的物料清單詳細列出了各個組件的信息，包括數(shù)量、設計符號、值、描述、封裝參考、零件編號和制造商等。這對于工程師進行物料采購和模塊組裝非常有幫助。

八、總結(jié)

CSD87588NEVM - 603評估模塊以其高功率密度、低剖面和高效能等特點，為筆記本電腦等設備的電源設計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。通過對其電氣性能、測試設置、測試程序等方面的詳細了解，工程師可以更好地應用這款模塊，滿足不同應用場景的需求。同時，在使用過程中，也需要注意遵守相關(guān)的法規(guī)和使用條件，確保設備的正常運行和安全。你在實際使用這款模塊時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。