TPS54980EVM - 022評估模塊：高效電源設(shè)計的理想之選

在電子工程師的日常工作中，電源設(shè)計是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們就來深入探討一下德州儀器（TI）的TPS54980EVM - 022評估模塊，它在電源設(shè)計領(lǐng)域有著獨特的優(yōu)勢。

文件下載：TPS54980EVM-022.pdf

一、模塊概述

背景介紹

TPS54980是一款跟蹤型直流 - 直流轉(zhuǎn)換器，專為需要為負載提供兩個或更多電壓的應用而設(shè)計，像微處理器、數(shù)字信號處理器（DSP）和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的核心和I/O電源供應等應用都適用。該評估模塊TPS54980EVM - 022展示了TPS54980在跟蹤和排序核心與I/O電壓方面的靈活性。它使用TPS54980生成核心電壓，標稱值為1.8V，而標稱3.3V的I/O電壓則由TPS2013分配開關(guān)提供。其額定輸入電壓范圍為3.0V至4.0V，核心輸出電流范圍為 - 9A至9A，I/O輸出電流范圍為0至1.5A。

性能規(guī)格

在輸入電壓為3.3V、輸出電壓為1.8V（環(huán)境溫度25°C，I/O輸出無負載）的條件下，該模塊有著出色的性能表現(xiàn)：

• 輸入電壓范圍：3.0 - 4.0V
• 輸出電壓設(shè)定點：1.8V
• 輸出電流范圍： - 9 - 9A（VI = 3 - 5.5V）
• 線路調(diào)整率：±0.1%（IO = 0A至3A，VI = 3V至5.5V）
• 負載調(diào)整率：±0.2%（VI = 3.3V，IO = 0至3A）
• 負載瞬態(tài)響應：電壓變化±50mVPK，恢復時間400μs
• 環(huán)路帶寬：VI = 3V時為63kHz，VI = 4V時為75kHz
• 相位裕度：VI = 3V時為56°，VI = 4V時為49°
• 輸入紋波電壓：50 - 200mVPP
• 輸出紋波電壓：6 - 10mVPP
• 最大效率：VI = 3.3V，VO = 1.8V，IO = 1.0A時為89%

大家在實際設(shè)計中，這些性能規(guī)格能為我們提供重要的參考，你覺得哪一項性能對你當前的項目影響最大呢？

二、模塊修改

改變輸出電壓

通過改變電阻R2的值，可以將輸出電壓設(shè)置在0.9V至2.5V的范圍內(nèi)。計算公式為： [R{2}=10 k Omega × frac{0.891 V}{V{O}-0.891 V}] 例如，當輸出電壓為1.2V時，R2的值為28.7kΩ。不過要注意，最小輸出電壓受設(shè)備最小可控導通時間（200ns）的限制，可通過公式[V{OUTMIN }=200 nsec × f{S} × V_{INMAX }]進行近似計算。

調(diào)整開關(guān)頻率

開關(guān)頻率可以通過改變R4的值在280kHz至700kHz之間進行調(diào)整。降低開關(guān)頻率會增加輸出紋波，除非增加L1的值。頻率與RT值的關(guān)系可參考頻率微調(diào)電阻選擇圖。

電源排序

通過選擇不同的R6 - R7電阻分壓器比率，可以設(shè)置不同的電源排序場景：

• 當(frac{R 6}{R 7}=frac{R 1}{R 2})時，核心電壓跟蹤I/O電壓。
• 當(frac{R 6}{R 7}=frac{left(V_{I / O}-0.891right)}{0.891})時，核心和I/O電壓之間存在比例關(guān)系。
• 當(frac{R 6}{R 7}

在實際設(shè)計中，你會優(yōu)先考慮調(diào)整哪個參數(shù)來滿足項目需求呢？

三、測試設(shè)置與結(jié)果

輸入/輸出連接

TPS54980EVM - 022有三個輸入/輸出連接器：VIN J1、VOUT I/O J2和VOUT CORE J3。連接時，能夠提供8A電流的電源應通過一對20AWG電線連接到J1，負載應通過一對16AWG電線連接到J2，最大負載電流能力為9A。為減少電線損耗，應盡量縮短電線長度。測試點TP7可方便連接示波器電壓探頭以監(jiān)測輸出電壓。

效率

該模塊的效率在負載電流約為1A至2A時達到峰值，隨后隨著負載電流接近滿載而降低。在較高環(huán)境溫度下，由于MOSFET的漏源電阻隨溫度變化，效率會降低。此外，700kHz的開關(guān)頻率下效率略低于較低開關(guān)頻率，這是因為MOSFET的柵極和開關(guān)損耗。

功率損耗

PWP封裝的低結(jié)殼熱阻以及精心設(shè)計的電路板布局，使得該模塊在輸出全額定負載電流時能保持安全的結(jié)溫。在3.3V輸入源和9A負載下，結(jié)溫約為60°C，殼溫約為55°C。

輸出電壓調(diào)節(jié)

模塊的輸出電壓負載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)性能良好，在環(huán)境溫度25°C下進行了相關(guān)測量。

負載瞬態(tài)響應

當電流從最大額定負載的25%階躍到75%時，模塊的總峰 - 峰電壓變化包括輸出紋波和噪聲。

環(huán)路特性

展示了在最小和最大工作電壓下的增益和相位圖，幫助我們了解模塊的環(huán)路響應特性。

輸出電壓紋波和輸入電壓紋波

在輸入電壓為3.3V、輸出電流為額定滿載9A時，測量了輸出電壓紋波和輸入電壓紋波。

電源上下電

TPS54980調(diào)節(jié)器為核心和I/O電壓的上下電排序提供了不同模式。通過選擇不同的R6/R7電阻分壓器比率，可以設(shè)置核心電壓在上下電時的斜率與I/O電壓的關(guān)系。例如，當R6 = R1且R7 = R2時，核心電壓跟蹤I/O電壓；通過跳線JP2還可以實現(xiàn)比例電源排序以及核心電壓先上升后下降的排序方式。

四、電路板布局

TPS54980EVM - 022的電路板布局有其獨特之處。頂層包含主要的電源走線（(V{I})、(v{0})和(Phase)），以及TPS54980其余引腳的連接和大面積的接地。底層包含接地和一些信號走線，頂層和底層的接地走線通過多個過孔連接，其中12個過孔直接位于TPS54980設(shè)備下方，為PowerPAD?焊盤提供了到地的熱路徑。輸入去耦電容、偏置去耦電容和自舉電容都盡可能靠近IC放置，補償組件也靠近IC，補償電路連接到調(diào)節(jié)點的輸出電壓，與高頻旁路輸出電容相鄰。

五、原理圖和物料清單

原理圖

模塊的原理圖展示了其電路設(shè)計，為我們深入了解模塊的工作原理提供了重要依據(jù)。

物料清單

詳細列出了模塊所使用的各種元件，包括電容、電阻、電感、連接器等的數(shù)量、規(guī)格和制造商等信息。需要注意的是，這些組件中部分有靜電敏感問題，要采取靜電防護措施；組件必須干凈，無焊劑和污染物；并且要符合工藝標準IPC - A - 610 Class 2，部分參考標識不能替換，其他組件可使用等效制造商的組件進行替換。

總的來說，TPS54980EVM - 022評估模塊在電源設(shè)計中具有諸多優(yōu)勢，無論是其性能表現(xiàn)還是可修改性都為電子工程師提供了很大的便利。大家在使用這個模塊的過程中有沒有遇到什么特別的問題或者有什么獨特的使用經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享。