TPS55330EVM - 017評估模塊技術解析

一、背景介紹

TPS55330EVM - 017是一款用于評估TPS55330 DC/DC升壓轉換器的評估模塊（EVM）。該模塊的輸入電壓范圍為2.9V至4.2V，輸出電壓為5V，最大輸出電流可達2.1A。其開關頻率外部設定為標稱600kHz，內(nèi)部集成了24V、5A的低端MOSFET及柵極驅(qū)動電路，MOSFET低的漏源導通電阻有助于實現(xiàn)高轉換效率。補償組件位于集成電路（IC）外部，EVM的絕對最大輸入電壓為18V。

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二、性能規(guī)格總結

1. 輸入輸出范圍

輸入電壓范圍為2.9V - 4.2V，輸出電壓設定為5V，輸出電流范圍是0.001A - 2.1A。

2. 調(diào)節(jié)性能

• 線路調(diào)節(jié)：在輸出電流 (I{OUT}=2.1A)，輸入電壓 (V{IN}) 從2.9V到4.2V變化時，線路調(diào)節(jié)率為±0.1%。
• 負載調(diào)節(jié)：當輸出電流從1mA變化到2.1A時，負載調(diào)節(jié)率同樣為±0.1%。

3. 動態(tài)響應

• 當輸出電流從525mA變化到1.575A時，電壓變化為 - 220mV，恢復時間為400μs。
• 當輸出電流從1.575A變化到525mA時，電壓變化為180mV，恢復時間為400μs。

4. 其他性能

• 工作頻率為600kHz，環(huán)路帶寬在 (I_{OUT}=2.1A) 時為10kHz，相位裕度為76°。
• 輸出紋波電壓在 (I{OUT}=2.1A) 時為20mVpp，在輸入電壓 (V{IN}=4.2V)、輸出電流 (I_{OUT}=700mA) 時，最大效率可達92.5%。

三、模塊修改

1. 輸出電壓設定

通過R1和R2組成的電阻分壓器網(wǎng)絡來設定輸出電壓。固定R2為10kΩ左右，可通過改變R1的值來改變EVM的輸出電壓，計算公式為 (R1 = R2×(frac{V{OUT}}{1.229V}-1)) 。需注意輸入電壓 (V{IN}) 要使導通時間大于最小可控導通時間（典型值77ns），且最大占空比小于89%（最小值）和93%（典型值）。

2. 最大輸出電流

調(diào)整輸入或輸出電壓設置后，需根據(jù)數(shù)據(jù)手冊（SLVSBX8）中的公式驗證最大輸出電流。

3. 慢啟動時間

通過改變電容C3的值來調(diào)整慢啟動時間。EVM推薦使用 (C3 = 0.047μF) ，可避免啟動時出現(xiàn)過沖。電容值越大，慢啟動時間越長；電容值越小，慢啟動時間越短。

4. 其他修改

在改變開關頻率、輸入/輸出電壓范圍、輸入電感、輸出電容或補償時，需參考數(shù)據(jù)手冊的建議和公式。

四、測試設置與結果

1. 輸入/輸出連接

EVM配備了輸入和輸出連接器及測試點。通過一對20 - AWG電線將能夠提供5A電流的電源連接到J6，JP1的跳線需置于ON位置（1 - 2）。通過一對20 - AWG電線將負載連接到J7，負載的最大電流能力至少為2.1A。同時，要盡量減小電線長度以降低線路損耗。

2. 效率

EVM的效率在不同輸入電壓下有所不同。在2.9V輸入時，負載電流約為400mA時效率達到峰值；在4.2V輸入時，負載電流約為700mA時效率達到峰值，之后隨著負載電流接近滿載而降低。較高的環(huán)境溫度可能會因內(nèi)部MOSFET的漏源電阻隨溫度變化而導致效率降低。

3. 輸出電壓調(diào)節(jié)

• 負載調(diào)節(jié)：在環(huán)境溫度為25°C時，輸出電壓的負載調(diào)節(jié)率表現(xiàn)良好。
• 線路調(diào)節(jié)：在2.4Ω（2.1A）負載下，輸入電壓變化時，輸出電壓的線路調(diào)節(jié)率也能保持在一定范圍內(nèi)。

4. 負載瞬態(tài)響應

當輸入電壓為3.6V，負載電流從最大額定負載的25%階躍到75%時，EVM能做出相應響應，總峰 - 峰電壓變化包括輸出紋波和噪聲。

5. 環(huán)路特性

在輸入電壓 (V{IN}=3.6V) 、負載電流 (I{OUT}=2.1A) 時，可得到EVM的環(huán)路響應特性，包括增益和相位曲線。

6. 輸出電壓紋波

在額定滿載2.1A、輸入電壓 (V_{IN}=3.6V) 時，可測量輸出電壓紋波和電感電流紋波。在不連續(xù)導通模式（DCM）下，也能觀察到相應的輸出電壓紋波、電感電流紋波和開關波形。

7. 脈沖跳過操作

TPS55330在輕載運行時具有脈沖跳過功能以進行輸出調(diào)節(jié)。

8. 輸入電壓紋波

在額定滿載2.1A、輸入電壓 (V{IN}=3.6V) 以及DCM模式下100mA負載、輸入電壓 (V{IN}=3.6V) 時，可測量輸入電壓紋波。

9. 啟動和關閉

• 通過EN控制：輸入電壓為3.6V時，EN信號變高，輸出電壓從 (V{IN}) 上升到5V；EN信號變低，輸出電壓從5V下降到 (V{IN}) 。
• 通過 (V_{IN}) 控制：輸入電壓上升時，轉換器開始切換，輸出電壓上升到5V；輸入電壓下降且低于典型的2.5V欠壓鎖定（UVLO）時，轉換器停止切換，輸出電壓下降。

五、電路板布局

1. 布局特點

EVM的電路板布局中，頂層、底層和內(nèi)層均采用2 - oz銅。頂層包含 (V{IN})、(V{OUT}) 和SW的主要功率走線，還包括TPS55330其余引腳的連接以及大面積的接地。內(nèi)層和底層主要是接地層，還有 (V{IN}) 和 (V{OUT}) 的填充區(qū)域。頂層接地走線通過多個過孔與底層和內(nèi)層接地平面相連，TPS55330器件正下方的九個過孔提供了從頂層接地平面到底層接地平面的熱路徑。

2. 元件布局要求

輸出去耦電容（C8 - C11）應盡可能靠近IC放置；SW節(jié)點的銅面積應保持較小以減少噪聲；(V{OUT}) 平面上靠近二極管D1的過孔有助于散熱；電壓設定點電阻分壓器組件應靠近IC，電壓分壓器網(wǎng)絡連接到調(diào)節(jié)點的輸出電壓，即J7輸出連接器處的銅 (V{OUT}) 走線。

六、原理圖和物料清單

1. 原理圖

提供了EVM的詳細原理圖，展示了各元件之間的連接關系。

2. 物料清單

列出了EVM所需的所有元件，包括電容、電阻、二極管、電感、連接器等，以及它們的數(shù)量、值、描述、尺寸、型號和制造商等信息。

七、使用注意事項

1. 安全責任

用戶需自行承擔EVM的正確安全處理責任，并對TI因使用該設備而產(chǎn)生的所有索賠進行賠償。

2. 保修政策

若評估板不符合用戶指南中的規(guī)格，可在交付日期起30天內(nèi)退還以獲得全額退款。TI的有限保修是唯一的保修，替代所有其他明示、暗示或法定保修。

3. 法規(guī)合規(guī)

EVM可能受FCC和Industry Canada規(guī)則的約束，不同情況有不同的使用限制和要求。在日本使用RF產(chǎn)品的EVM時，需遵守相關無線電法規(guī)定。

4. 應用限制

該EVM僅用于實驗室/開發(fā)環(huán)境的初步可行性評估，不適合作為成品供消費者使用。用戶需確保產(chǎn)品符合相關法規(guī)和安全標準，承擔使用過程中的所有責任和風險。

作為電子工程師，在使用TPS55330EVM - 017評估模塊時，我們需要深入理解其性能特點、修改方法和測試結果，嚴格遵守使用注意事項，這樣才能更好地發(fā)揮該模塊的作用，為實際項目的開發(fā)提供有力支持。大家在實際應用中有沒有遇到過類似模塊使用的問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。