德州儀器TPS5420EVM - 175調(diào)節(jié)器評估模塊深度解析
德州儀器TPS5420EVM - 175調(diào)節(jié)器評估模塊深度解析
在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和設(shè)計合理性至關(guān)重要。德州儀器（Texas Instruments）的TPS5420EVM - 175調(diào)節(jié)器評估模塊，為工程師們提供了一個便捷且高效的電源管理解決方案。下面，我們就來詳細(xì)解析這個評估模塊。
文件下載：TPS5420EVM-175.pdf
一、模塊概述
TPS5420EVM - 175評估模塊主要用于展示TPS5420調(diào)節(jié)器在設(shè)計中所能實現(xiàn)的小尺寸特性。TPS5420是一款直流 - 直流轉(zhuǎn)換器，能夠在5.5V至36V的輸入電壓源下，提供高達(dá)2A的連續(xù)輸出電流和3A的峰值輸出電流。該評估模塊的額定輸入電壓范圍為10V至36V，輸出電流范圍為0A至2A。其開關(guān)頻率內(nèi)部設(shè)定為標(biāo)稱500kHz，內(nèi)部集成了高端MOSFET和柵極驅(qū)動電路，低導(dǎo)通電阻的MOSFET有助于實現(xiàn)高效率，并在高輸出電流時保持較低的結(jié)溫。
1.1 背景信息
TPS5420的補償組件集成在集成電路內(nèi)部，同時通過外部分壓器可實現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)。此外，它還提供了使能輸入功能，絕對最大輸入電壓為36V。
1.2 性能規(guī)格總結(jié)
| 規(guī)格 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| VIN電壓范圍 | 10 | 36 | V | ||
| 輸出電壓設(shè)定點 | 5.0 | V | |||
| 輸出電流范圍 | VIN = 10V至36V | 0 | 2.5 | A | |
| 線性調(diào)節(jié)率 | IO = 1A，VIN = 3V - 6V | ±0.11% | |||
| 負(fù)載調(diào)節(jié)率 | VIN = 25V，IO = 0A至2.5A | ±0.1% | |||
| 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)（電壓變化） | IO = 0.75A至2.25A | -40 | mV | ||
| 恢復(fù)時間 | 200 | μs | |||
| 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)（電壓變化） | IO = 2.25A至0.75A | +40 | mV | ||
| 恢復(fù)時間 | 200 | μs | |||
| 環(huán)路帶寬 | VIN = 25V | 25.0 | kHz | ||
| 相位裕度 | VIN = 25V | 55 | |||
| 輸入紋波電壓 | IO = 3A | 275 | 300 | mVpp | |
| 輸出紋波電壓 | 32 | mVpp | |||
| 輸出上升時間 | 7 | ms | |||
| 工作頻率 | 500 | kHz | |||
| 最大效率 | VIN = 10V，VO = 5V，IO = 0.75A | 93.2% |
二、測試設(shè)置與結(jié)果
2.1 輸入/輸出連接
該評估模塊配備了輸入/輸出連接器和測試點。應(yīng)使用能夠提供2A電流的電源，通過一對20AWG電線連接到J1；負(fù)載則通過一對20AWG電線連接到J3，最大負(fù)載電流能力為2A。為減少電線損耗，應(yīng)盡量縮短電線長度。測試點TP1用于監(jiān)測VIN輸入電壓，TP2作為接地參考；TP3用于監(jiān)測輸出電壓，TP4作為接地參考；TP5用于環(huán)路響應(yīng)測量；TP6為PH測試點。
2.2 效率
TPS5420EVM - 175的效率在負(fù)載電流約為0.75A時達(dá)到峰值，隨后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。在較高環(huán)境溫度下，由于MOSFET漏源電阻的溫度變化，效率會降低。
2.3 輸出電壓調(diào)節(jié)
輸出電壓的負(fù)載調(diào)節(jié)和線性調(diào)節(jié)情況可通過相應(yīng)的圖表查看。在25°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行測量，負(fù)載調(diào)節(jié)率在VIN = 25V，IO = 0A至2.5A時為±0.1%；線性調(diào)節(jié)率在IO = 1A，VIN = 3V - 6V時為±0.11%。
2.4 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)
當(dāng)電流從最大額定負(fù)載的25%階躍到75%時，模塊的響應(yīng)情況可通過圖表觀察?？偡?- 峰電壓變化包括輸出上的紋波和噪聲。
2.5 環(huán)路特性
在VIN電壓為25V和1A負(fù)載電流的條件下，可得到模塊的環(huán)路響應(yīng)特性，包括增益和相位圖。
2.6 輸出電壓紋波
在輸入電壓VIN = 25V、輸出電流為額定滿載2A的情況下，可測量輸出電壓紋波。
2.7 輸入電壓紋波
在輸入電壓VIN = 10V、輸出電流為額定滿載2A時，可觀察輸入電壓紋波情況。
2.8 上電過程
當(dāng)輸入電壓從0V上升到25V，達(dá)到內(nèi)部設(shè)定的欠壓鎖定（UVLO）閾值電壓5.3V時，慢啟動序列開始。內(nèi)部參考電壓以內(nèi)部設(shè)定的慢啟動速率線性上升至1.221V，輸出電壓則上升至設(shè)定的5V。也可通過跳線將ENA連接到GND來抑制輸出，移除跳線后，ENA釋放，慢啟動序列開始。
三、模塊修改
3.1 輸出電壓設(shè)定點
| 若要改變評估模塊的輸出電壓，需改變電阻R2的值?？墒褂霉絒R 2=10 k Omega × frac{1.221 V}{V_{O}-1.221 V}]計算特定輸出電壓對應(yīng)的R2值。常見輸出電壓對應(yīng)的R2值如下： | 輸出電壓（V） | R2值（kΩ） |
|---|---|---|
| 1.8 | 21.5 | |
| 2.5 | 9.53 | |
| 3.3 | 5.90 | |
| 5 | 3.24 |
3.2 輸入電壓范圍
評估模塊設(shè)計為在10V至36V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，而TPS5420的輸入電壓范圍為5.5V至36V。
四、電路板布局
TPS5420EVM - 175的電路板布局采用典型的用戶應(yīng)用方式。頂層包含VIN、OUT和VPHASE的主電源走線，以及TPS5420其余引腳的連接和大面積的接地區(qū)域；底層包含接地和一些信號走線。頂層和底層以及內(nèi)部接地走線通過多個過孔連接，包括TPS5420器件正下方的四個過孔，為PowerPAD?焊盤提供到地的熱路徑。輸入去耦電容（C1和C4）和自舉電容（C3）都盡可能靠近集成電路放置，電壓設(shè)定點電阻分壓器組件也靠近集成電路，電壓分壓器網(wǎng)絡(luò)在調(diào)節(jié)點連接到輸出電壓，與輸出電容C3相鄰。
五、原理圖與物料清單
5.1 原理圖
TPS5420EVM - 175的原理圖展示了模塊的電路連接和元件布局。
5.2 物料清單
| 數(shù)量 | 參考標(biāo)號 | 值 | 描述 | 尺寸 | 部件編號 | 制造商 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | C1, C4 | 4.7 μF | 陶瓷電容，50V，X7R，20% | 1812 | C4532X5R1H475MT | TDK |
| 1 | C2 | 0.01 μF | 陶瓷電容，50V，X7R，10% | 0603 | C1608X7R1H103K | TDK |
| 1 | C3 | 100 μF | 鉭電容，10V，20% | 7343(D) | TPSD107M010R0080 | AVX |
| 1 | D1 | 肖特基二極管，3A，40V | SMA | B340A | Diodes Inc | |
| 2 | J1, J2 | 端子塊，2引腳，6A，3.5mm | 0.27 x 0.25 | ED1514 | OST | |
| 1 | JP1 | 2引腳接頭，100mil間距 | 0.100 x 2 | PTC36SAAN | Sullins | |
| 1 | L1 | 33 μH | 貼片電感，2.2A，75毫歐 | 0.484 x 0.484 | MSS1260 - 333 | Coilcraft |
| 1 | R1 | 10.0 k | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std |
| 1 | R2 | 3.24 k | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std |
| 1 | R3 | 0 | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std |
| 4 | TP1, TP3, TP5, TP6 | 測試點，紅色，通孔，顏色編碼 | 0.100 x 0.100 | 5000 | Keystone | |
| 2 | TP2, TP4 | 測試點，黑色，通孔，顏色編碼 | 0.100 x 0.100 | 5001 | Keystone | |
| 1 | U1 | 開關(guān)降壓調(diào)節(jié)器，36V，2A，SO8 | TPS5420D | TI | ||
| 1 | PCB，1.95英寸 x 1.95英寸 x 0.062英寸 | HPA175 | Any | |||
| 1 | 分流器，100mil，黑色 | 0.100 | 929950 - 00 | 3M |
六、使用注意事項
6.1 評估用途
該評估模塊僅用于實驗室/開發(fā)環(huán)境的初步可行性評估，并非成品電氣設(shè)備，不適合普通消費者使用。
6.2 責(zé)任與風(fēng)險
用戶需對產(chǎn)品的安全和合規(guī)性負(fù)責(zé)，確保產(chǎn)品符合所有相關(guān)法律法規(guī)和監(jiān)管要求。同時，要保證EVM與人體的接口設(shè)計具有適當(dāng)?shù)母綦x和安全措施，以限制可觸及的泄漏電流，降低電擊危險。
6.3 操作規(guī)范
應(yīng)在德州儀器推薦的規(guī)格和環(huán)境條件下操作評估模塊，超出規(guī)定的額定值可能導(dǎo)致財產(chǎn)損失、人身傷害或死亡。在連接負(fù)載時，需確保負(fù)載在規(guī)定的輸出范圍內(nèi)，否則可能導(dǎo)致意外或不準(zhǔn)確的操作，甚至對EVM和接口電子設(shè)備造成永久性損壞。
6.4 安全關(guān)鍵應(yīng)用
如果打算將組件用于安全關(guān)鍵應(yīng)用（如生命支持），必須特別通知德州儀器，并簽訂單獨的保證和賠償協(xié)議。
德州儀器的TPS5420EVM - 175調(diào)節(jié)器評估模塊為電源管理設(shè)計提供了一個全面且可靠的解決方案。通過對其性能、布局和使用注意事項的詳細(xì)了解，工程師們可以更好地利用該模塊進(jìn)行電源管理設(shè)計，確保設(shè)計的安全性和可靠性。大家在實際使用中有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。
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