深入解析TPS53317EVM - 750評(píng)估模塊：設(shè)計(jì)、測(cè)試與應(yīng)用

在電子工程領(lǐng)域，電源管理模塊的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天，我們就來(lái)深入探討一下德州儀器（TI）的TPS53317EVM - 750評(píng)估模塊，看看它在低電壓應(yīng)用中是如何發(fā)揮作用的。

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一、模塊介紹

TPS53317EVM - 750評(píng)估模塊采用了TPS53317芯片，這是一款采用D - CAP +?技術(shù)的全集成同步降壓調(diào)節(jié)器。該模塊設(shè)計(jì)用于使用1.5V電壓軌產(chǎn)生0.75V的穩(wěn)壓輸出，或者使用1.35V電壓軌產(chǎn)生0.675V的穩(wěn)壓輸出，最大負(fù)載電流可達(dá)6A。它不僅能展示TPS53317在典型低電壓應(yīng)用中的性能，還提供了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，方便工程師評(píng)估其性能。

典型應(yīng)用

該模塊適用于VTT終端器以及1V至6V降壓軌的低電壓應(yīng)用。

模塊特性

• 集成下垂支持：能夠更好地應(yīng)對(duì)負(fù)載變化，保證輸出電壓的穩(wěn)定性。
• 外部跟蹤支持：可根據(jù)外部參考電壓調(diào)整輸出電壓，增加了應(yīng)用的靈活性。
• 可選開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置：提供600kHz和1MHz兩種開(kāi)關(guān)頻率，工程師可以根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。
• 可選輕載操作模式：包括自動(dòng)跳過(guò)和強(qiáng)制CCM（連續(xù)導(dǎo)通模式），有助于在不同負(fù)載情況下優(yōu)化效率。
• 可選谷值過(guò)流限制：有效保護(hù)電路，防止過(guò)流損壞。
• PGOOD功能：方便監(jiān)測(cè)電源狀態(tài)，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。
• 方便的測(cè)試點(diǎn)：便于探測(cè)關(guān)鍵波形，進(jìn)行性能評(píng)估。

二、電氣性能規(guī)格

輸入特性

• 電壓范圍：輸入電壓范圍為1.4V至1.6V，典型值為1.5V。
• 最大輸入電流：在輸入電壓為1.5V，輸出電流為6A時(shí)，典型輸入電流為4A。
• 無(wú)負(fù)載輸入電流：在輸入電壓為1.5V，輸出電流為0A，跳過(guò)模式下，開(kāi)關(guān)頻率為600kHz時(shí)，典型無(wú)負(fù)載輸入電流為1mA。

輸出特性

• 輸出電壓：輸出電壓典型值為0.75V。
• 輸出電壓調(diào)節(jié)：包括設(shè)定點(diǎn)精度、線路調(diào)節(jié)和負(fù)載調(diào)節(jié)，在不同條件下都能保證輸出電壓的穩(wěn)定。例如，在輸入電壓為1.5V，輸出電流為0A，非下垂模式下，設(shè)定點(diǎn)精度為±2%；在線路調(diào)節(jié)和負(fù)載調(diào)節(jié)方面，也能將電壓變化控制在較小范圍內(nèi)。
• 輸出電壓紋波：在輸入電壓為1.5V，輸出電流為6A時(shí)，輸出電壓紋波典型值為10mVpp。
• 輸出負(fù)載電流：輸出負(fù)載電流范圍為0A至6A。
• 過(guò)流限制谷值：有7.6A和5.4A兩種可選。

系統(tǒng)特性

• 開(kāi)關(guān)頻率：可選600kHz或1000kHz。
• 峰值效率：在輸入電壓為1.5V，輸出電流為1.6A，跳過(guò)模式下，開(kāi)關(guān)頻率為600kHz時(shí)，峰值效率可達(dá)89.8%。
• 滿載效率：在輸入電壓為1.5V，輸出電流為6A，跳過(guò)模式下，開(kāi)關(guān)頻率為600kHz時(shí)，滿載效率為82.3%。
• 工作溫度：典型工作溫度為25°C。

三、測(cè)試設(shè)置

測(cè)試設(shè)備

• 電壓源：VIN需要一個(gè)0V至5V的可變直流電源，能夠提供10A的電流；V5IN需要一個(gè)5V的直流電源，能夠提供1A的電流。
• 萬(wàn)用表：用于測(cè)量輸入電壓、輸出電壓和輸入電流等參數(shù)。
• 輸出負(fù)載：需要一個(gè)電子恒阻模式負(fù)載，能夠承受0A至10A的電流。
• 風(fēng)扇：由于模塊中的一些組件在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)接近55°C，建議使用一個(gè)風(fēng)量為200LFM至400LFM的小風(fēng)扇來(lái)降低組件溫度。

推薦測(cè)試設(shè)置

在ESD工作站上進(jìn)行測(cè)試，確保在給模塊供電之前，將任何腕帶、靴子或墊子連接到接地參考點(diǎn)。具體連接步驟如下：

• 輸入連接：
  • 連接VIN之前，建議將VIN的源電流限制在最大10A，并將VIN初始設(shè)置為0V，連接到J1。
  • 在VIN和J1之間連接電流表A1，測(cè)量輸入電流。
  • 在TP1（VIN）和TP2（PGND）之間連接電壓表V1，測(cè)量輸入電壓。
  • 連接V5IN之前，建議將V5IN的源電流限制在最大1A，并將V5IN初始設(shè)置為0V，連接到J3。
  • 連接電流表A2，測(cè)量5V電源電流。
  • 在TP3（V5IN）和TP4（PGND）之間連接電壓表V3，測(cè)量V5IN電壓。
• 輸出連接：
  • 將負(fù)載連接到J2，并在施加VIN之前將負(fù)載設(shè)置為恒阻模式，使其吸收0A電流。
  • 在TP5（VOUT）和TP6（PGND）之間連接電壓表V2，測(cè)量輸出電壓。
• 其他連接：按照?qǐng)D3所示放置風(fēng)扇并打開(kāi)，確保空氣流過(guò)模塊。

四、配置選項(xiàng)

模式選擇

通過(guò)J4可以設(shè)置MODE，有8種模式可供選擇，每種模式對(duì)應(yīng)不同的模式電阻、輕載節(jié)能模式、開(kāi)關(guān)頻率和過(guò)流限制谷值。例如，默認(rèn)設(shè)置為MODE1，此時(shí)1 - 2引腳短路，模式電阻為0kΩ，輕載節(jié)能模式為跳過(guò)模式，開(kāi)關(guān)頻率為600kHz，過(guò)流限制谷值為7.6A。

下垂/非下垂配置

通過(guò)J6可以配置下垂功能，默認(rèn)設(shè)置為非下垂模式。當(dāng)J6的1 - 2引腳短路時(shí)為下垂模式，2 - 3引腳短路時(shí)為非下垂模式。

外部跟蹤選擇

通過(guò)J5可以配置外部跟蹤功能。如果J5短路，則使用內(nèi)部2V的VREF電壓將目標(biāo)輸出電壓設(shè)置為0.75V；如果J5打開(kāi)，則可以將1.2V至4.0V的外部參考電壓應(yīng)用到J7，輸出電壓將被調(diào)節(jié)為外部參考電壓的一半。

啟用選擇

通過(guò)S1可以啟用或禁用控制器，默認(rèn)設(shè)置為禁用控制器。當(dāng)開(kāi)關(guān)設(shè)置為DIS時(shí)，禁用控制器；設(shè)置為EN時(shí)，啟用控制器。

五、測(cè)試程序

線路/負(fù)載調(diào)節(jié)和效率測(cè)量程序

1. 按照?qǐng)D3所示設(shè)置模塊。
2. 確保負(fù)載設(shè)置為恒阻模式，并吸收0A電流。
3. 確保所有跳線和開(kāi)關(guān)配置設(shè)置符合第6節(jié)的要求。
4. 將V5IN從0V增加到5V，使用V3測(cè)量V5IN電壓。
5. 將VIN從0V增加到1.5V，使用V1測(cè)量VIN電壓。
6. 將開(kāi)關(guān)S1設(shè)置為EN，啟用控制器。
7. 使用V2測(cè)量輸出電壓，A1測(cè)量輸入電流，A2測(cè)量V5IN電源電流。
8. 將負(fù)載從0A變化到3A，輸出電壓應(yīng)保持在負(fù)載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
9. 將VIN從1.4V變化到1.6V，輸出電壓應(yīng)保持在線路調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
10. 將開(kāi)關(guān)S1設(shè)置為DIS，禁用控制器。
11. 將負(fù)載降低到0A。
12. 將VIN降低到0V。
13. 將V5IN降低到0V。

控制回路增益和相位測(cè)量程序

TPS53317EVM - 750在反饋回路中包含一個(gè)10Ω的串聯(lián)電阻，用于回路響應(yīng)分析。具體步驟如下：

1. 按照?qǐng)D3所示設(shè)置模塊。
2. 將隔離變壓器連接到標(biāo)記為TP12和TP13的測(cè)試點(diǎn)。
3. 將輸入信號(hào)幅度測(cè)量探頭（通道A）連接到TP12，輸出信號(hào)幅度測(cè)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TP14。
5. 通過(guò)隔離變壓器注入約40mV或更小的信號(hào)。
6. 以10Hz或更低的后置濾波器將頻率從500Hz掃描到500kHz，測(cè)量控制回路增益和相位裕度。
7. 在進(jìn)行其他測(cè)量之前，從波特圖測(cè)試點(diǎn)斷開(kāi)隔離變壓器，因?yàn)樾盘?hào)注入反饋可能會(huì)干擾其他測(cè)量的準(zhǔn)確性。

測(cè)試點(diǎn)列表

設(shè)備關(guān)機(jī)

測(cè)試結(jié)束后，按照以下順序關(guān)閉設(shè)備：

1. 關(guān)閉VIN。
2. 關(guān)閉V5IN。
3. 關(guān)閉負(fù)載。
4. 關(guān)閉風(fēng)扇。

六、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，包括效率、負(fù)載調(diào)節(jié)、輸出瞬態(tài)、輸出紋波、開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)、啟用開(kāi)啟/關(guān)閉、預(yù)偏置開(kāi)啟、波特圖和熱圖像等。這些曲線可以幫助工程師更好地了解模塊在不同條件下的性能表現(xiàn)。

七、EVM組裝圖和PCB布局

模塊采用4層、2oz銅電路板設(shè)計(jì)，文檔中提供了頂層組裝圖、底層組裝圖、頂層銅層、第2層、第3層和底層的視圖，方便工程師進(jìn)行參考和設(shè)計(jì)。

八、材料清單

文檔列出了模塊的詳細(xì)材料清單，包括電容、電感、電阻、開(kāi)關(guān)、測(cè)試點(diǎn)、芯片等組件的數(shù)量、參考編號(hào)、描述、零件編號(hào)和制造商等信息，為工程師進(jìn)行采購(gòu)和組裝提供了便利。

九、重要注意事項(xiàng)

評(píng)估板使用限制

該評(píng)估板僅用于工程開(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。用戶必須具備電子培訓(xùn)，并遵守良好的工程實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)。

電氣安全

操作時(shí)應(yīng)確保在推薦的輸入電壓范圍（1.4V至1.6V）和輸出電壓范圍（0.735V至0.765V）內(nèi)使用，否則可能導(dǎo)致意外操作或不可逆損壞。同時(shí)，要注意電路組件在正常運(yùn)行時(shí)可能會(huì)有較高的溫度，避免觸摸。

法規(guī)合規(guī)

該評(píng)估板可能未經(jīng)過(guò)FCC、CE、UL等相關(guān)法規(guī)的測(cè)試，使用時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生射頻干擾，用戶需要自行采取措施解決。在日本使用時(shí)，需要遵守相關(guān)的無(wú)線電法規(guī)。

總之，TPS53317EVM - 750評(píng)估模塊為工程師提供了一個(gè)方便的平臺(tái)，用于評(píng)估TPS53317芯片在低電壓應(yīng)用中的性能。通過(guò)合理的配置和測(cè)試，工程師可以更好地了解模塊的特性，為實(shí)際應(yīng)用提供參考。你在使用類似評(píng)估模塊時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。