TPS40210EVM評估模塊：非同步升壓轉(zhuǎn)換器的實用指南

在電子工程領(lǐng)域，電源轉(zhuǎn)換模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。TPS40210EVM評估模塊作為一款固定頻率的非同步升壓轉(zhuǎn)換器，為工程師們提供了一個可靠的解決方案。下面將深入介紹這款模塊的相關(guān)特性、性能參數(shù)、測試設(shè)置以及典型性能數(shù)據(jù)。

文件下載：TPS40210EVM.pdf

一、TPS40210EVM評估模塊概述

1.1 模塊描述

TPS40210EVM評估模塊是一款固定頻率（600 kHz）的非同步升壓轉(zhuǎn)換器，能在12 - V輸入總線下提供固定24 - V輸出，最大負(fù)載電流可達(dá)2 A。該模塊設(shè)計為單電源啟動，無需額外的偏置電壓。它采用了帶有集成N溝道FET驅(qū)動器的TPS40210非同步電流模式控制升壓控制器。其設(shè)計初衷是在典型的12 - V總線系統(tǒng)中展示TPS40210的性能，并提供多個測試點，方便評估其在特定應(yīng)用中的表現(xiàn)。此外，通過更改部分組件，該模塊還可修改為其他輸入或輸出電壓。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

該模塊適用于多種場景，包括非隔離低電流負(fù)載點和電壓總線轉(zhuǎn)換器、消費(fèi)電子產(chǎn)品、LCD電視、計算機(jī)外設(shè)以及數(shù)字機(jī)頂盒等。

1.3 模塊特性

• 輸入范圍：12 - V ±10% / -20%。
• 輸出電壓：固定24 - V，可通過改變電阻進(jìn)行調(diào)整（可能需要補(bǔ)償調(diào)整）。
• 開關(guān)頻率：600 - kHz。
• 器件組成：采用單個SO - 8開關(guān)MOSFET和整流二極管。
• PCB設(shè)計：雙面2有源層PCB，所有組件位于頂層（測試點信號路由在內(nèi)部層）。
• 有源轉(zhuǎn)換面積：小于2.5平方英寸（< 1.15” x 2.15”）。
• 測試便利性：提供方便的測試點，用于探測開關(guān)波形和進(jìn)行非侵入式環(huán)路響應(yīng)測試。

二、電氣性能規(guī)格

三、原理圖及測試點說明

3.1 使能跳線（JP1）

TPS40210EVM提供一個3針、100 - mil的插頭和分流器，用于實現(xiàn)TPS40210的使能功能。當(dāng)移除JP1分流器時，R1和R2上拉TPS40210的反相使能端，關(guān)閉TPS40210開關(guān)；將分流器插入左側(cè)（使能）位置時，將TPS40210的反相使能端拉至地，開啟TPS40210輸出。由于二極管D1的存在，當(dāng)TPS40210關(guān)閉時，輸出電壓將保持在輸入電壓的500 mV以內(nèi)。

3.2 測試點描述

3.2.1 輸入電壓監(jiān)測（TP1和TP2）

通過這兩個測試點，用戶可以測量模塊的實際輸入電壓，避免輸入電纜和連接器的損耗。測量時，將電壓表的正端連接到TP1，負(fù)端連接到TP2。

3.2.2 控制電壓監(jiān)測（TP3和TP4）

該測試點用于測量返回給TPS40210用于PWM生成的控制電壓（COMP）。連接示波器探頭到TP3，不僅可以監(jiān)測控制電壓的噪聲或未濾波輸出紋波，還能直接測量功率級增益。

3.2.3 振蕩器/斜坡監(jiān)測（TP5和TP6）

通過TP5監(jiān)測PWM振蕩器，TP6作為本地接地連接，可用于監(jiān)測振蕩器和電流模式控制斜率補(bǔ)償。連接示波器探頭到TP5，即可監(jiān)測斜率補(bǔ)償斜坡。

3.2.4 開關(guān)波形監(jiān)測（TP7、TP8和TP9）

這些測試點用于監(jiān)測柵極驅(qū)動（TP7）和開關(guān)節(jié)點（TP9）的波形，TP8作為本地接地連接。連接示波器探頭到TP7和TP9，可分別監(jiān)測柵極驅(qū)動電壓和開關(guān)節(jié)點電壓。

3.2.5 環(huán)路分析（TP3、TP10、TP11、TP12和TP13）

模塊在反饋環(huán)路中包含一個51 - Ω的串聯(lián)電阻（R13），用于進(jìn)行匹配阻抗信號注入，以進(jìn)行環(huán)路響應(yīng)分析。使用隔離變壓器在TP11和TP12之間施加一個小信號（30 mV或更小），通過監(jiān)測TP11的交流注入電平以及TP13的返回交流電平，可確定電源環(huán)路響應(yīng)。此外，還可以通過不同的連接方式測量功率級傳遞函數(shù)和誤差放大器傳遞函數(shù)。

3.2.6 輸出電壓監(jiān)測（TP14和TP15）

這兩個測試點用于測量模塊的實際輸出電壓，避免輸出電纜和連接器的損耗。測量時，將電壓表的正端連接到TP14，負(fù)端連接到TP15。對于輸出紋波測量，可采用尖端和桶形測量技術(shù)，將示波器探頭尖端穿過TP14，接地桶形端連接到TP15。

四、測試設(shè)置

4.1 所需設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源（VIN）應(yīng)為0 - V至15 - V的可變直流源，能夠提供8 A的電流。
• 儀表：包括0 - 7 - A的直流電流表（A1）、0 - 15 - V的電壓表（V1）用于測量VIN，以及0 - 25 - V的電壓表（V2）用于測量VOUT。
• 負(fù)載：輸出負(fù)載（LOAD1）應(yīng)為電子恒流模式負(fù)載，能夠在24.0 V下提供0 - 2 A的電流。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器測量VOUT的紋波電壓。示波器應(yīng)設(shè)置為1 - MΩ阻抗、20 - MHz帶寬、交流耦合、1 - μs/格的水平分辨率和10 - mV/格的垂直分辨率。
• 推薦線規(guī)：VIN到J1的連接，推薦使用AWG #14的電線，總長度小于四英尺；J2到LOAD1的連接，推薦使用AWG #18的電線，總長度小于兩英尺。
• 其他：由于評估模塊中的組件可能會發(fā)熱，建議使用一個能夠提供400 lfm風(fēng)量的小風(fēng)扇，以降低組件表面溫度，防止用戶受傷。

4.2 設(shè)備設(shè)置步驟

1. 在ESD工作站工作時，確保在給EVM供電前，將任何腕帶、靴帶或墊子連接到接地端，同時佩戴靜電服和安全眼鏡。
2. 在連接直流輸入源VIN之前，建議將源電流限制在最大8.0 A，并將VIN初始設(shè)置為0 V，按照圖2進(jìn)行連接。
3. 在VIN和J1之間連接電流表A1（0 A至8 A范圍）。
4. 將電壓表V1連接到TP1和TP2。
5. 將LOAD1連接到J2，并在施加VIN之前將LOAD1設(shè)置為恒流模式，使其吸收0 A的電流。
6. 將電壓表V2跨接在TP14和TP15之間。
7. 放置風(fēng)扇并開啟，確?？諝饬鬟^EVM。

4.3 啟動/關(guān)閉程序

1. 將VIN從0 V增加到12 VDC。
2. 將LOAD1從0 A變化到2 A。
3. 將VIN從8 VDC變化到14 VDC。
4. 將VIN降低到0 VDC。
5. 將LOAD1降低到0 A。

4.4 輸出紋波電壓測量程序

1. 將VIN從0 V增加到12 VDC。
2. 將LOAD1調(diào)整到所需負(fù)載（0 A至2 A）。
3. 將VIN調(diào)整到所需負(fù)載（8 VDC至14 VDC）。
4. 將示波器探頭連接到TP14和TP15。
5. 測量輸出紋波。
6. 將VIN降低到0 VDC。
7. 將LOAD1降低到0 A。

4.5 控制環(huán)路增益和相位測量程序

1. 將1 - kHz至1 - MHz的隔離變壓器連接到TP11和TP12。
2. 將輸入信號幅度測量探頭（通道A）連接到TP11。
3. 將輸出信號幅度測量探頭（通道B）連接到TP13。
4. 將通道A和通道B的接地引線連接到TP10和TP13。
5. 通過隔離變壓器在R13上注入30 mV或更小的信號。
6. 以10 Hz或更低的后置濾波器從1 kHz到1 MHz掃描頻率。
7. 測量控制環(huán)路增益。
8. 通過通道A和通道B之間的相位差測量控制環(huán)路相位。
9. 通過特定的連接方式測量功率級傳遞函數(shù)。
10. 通過特定的連接方式測量誤差放大器傳遞函數(shù)。
11. 在進(jìn)行其他測量之前，斷開隔離變壓器，以免信號注入反饋影響其他測量的準(zhǔn)確性。

4.6 設(shè)備關(guān)閉

依次關(guān)閉示波器、VIN、LOAD1和風(fēng)扇。

五、典型性能數(shù)據(jù)和特性曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，包括效率與負(fù)載電流的關(guān)系、輸出電壓與負(fù)載電流的關(guān)系、輸出電壓紋波、開關(guān)節(jié)點波形、控制環(huán)路BODE圖以及啟動和軟啟動特性等。需要注意的是，實際性能數(shù)據(jù)可能會受到測量技術(shù)和環(huán)境變量的影響，這些曲線僅供參考。

六、EVM組裝圖和布局

TPS40210EVM采用4層、2 - oz覆銅電路板，尺寸為3.0” x 3.0”，所有組件位于頂層的1.15” x 2.15”有源區(qū)域內(nèi)，有源走線分布在頂層和底層，方便用戶觀察、探測和評估TPS40210控制設(shè)備在實際雙面應(yīng)用中的性能。對于空間受限的系統(tǒng)，可將組件移至PCB的兩側(cè)或使用額外的內(nèi)部層，以進(jìn)一步減小尺寸。

七、材料清單

文檔提供了詳細(xì)的材料清單，包括電容器、二極管、電阻器、電感器、MOSFET、測試點等組件的型號和制造商信息。

總之，TPS40210EVM評估模塊為工程師提供了一個全面的平臺，用于評估和開發(fā)基于TPS40210的非同步升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。通過合理的測試設(shè)置和性能評估，工程師可以更好地了解該模塊的特性和性能，為實際應(yīng)用提供有力的支持。你在使用這款模塊的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。