探索 TPS60100 和 TPS60110 DC/DC 轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。Texas Instruments 的 TPS60100 和 TPS60110 電荷泵（也稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電容 DC/DC 轉(zhuǎn)換器）作為調(diào)節(jié)電壓倍增器，在電源轉(zhuǎn)換方面有著出色的表現(xiàn)。為了幫助設(shè)計(jì)師更好地評(píng)估這兩款設(shè)備，TI 推出了相應(yīng)的評(píng)估模塊（EVM）。今天，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這兩款評(píng)估模塊。

文件下載：TPS60100EVM-131.pdf

二、TPS60100 和 TPS60110 電荷泵概述

2.1 基本參數(shù)

TPS60100 在輸入信號(hào)為 1.8 V 至 3.6 V 時(shí)，輸出電壓為 3.3 V；TPS60110 在輸入電壓為 2.7 V 至 5.4 V 時(shí)，輸出電壓為 5 V。這兩款設(shè)備均由兩個(gè)單端電荷泵組成，它們可以同相（以減少外部組件數(shù)量）或反相（以降低輸出噪聲）運(yùn)行。

2.2 外部組件

單端模式下（兩個(gè)電荷泵同相運(yùn)行），外部組件最少需要三個(gè)；推挽模式下（兩個(gè)電荷泵相位相差 180°），則需要四個(gè)。而評(píng)估模塊為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化性能，采用了六個(gè)外部組件。

2.3 電容選擇

在電容選擇上，為了達(dá)到最佳性能，飛跨電容必須使用陶瓷電容，因?yàn)樗鼈冃枰焖俪潆姾头烹?，而陶瓷電容的等效串?lián)電阻（ESR）較低，能夠滿足這一要求。對(duì)于輸入和輸出端的高電容部分，評(píng)估模塊使用了鉭電容，但為了減少一個(gè)電荷泵從傳輸階段（輸出電容充電）轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電荷泵時(shí)的尖峰，在輸入和輸出端，陶瓷電容與鉭電容并聯(lián)使用。這是因?yàn)殂g電容的 ESR 過(guò)高，無(wú)法像陶瓷電容那樣快速濾波。

三、評(píng)估模塊（EVM）的原理圖

3.1 原理圖特點(diǎn)

TPS60100 和 TPS60110 的 EVM 原理圖基本相同，主要區(qū)別在于集成電路本身、外部組件的值（見(jiàn)表 1 - 1）以及 3V8 連接器的使用。在 TPS60100 的 EVM 上，3V8 連接器可用于將輸出電壓調(diào)整到 3.8 V，而 TPS60110 未實(shí)現(xiàn)此模式。若不打算同步 TPS60110，需用跳線將該引腳連接到 GND；當(dāng) TPS60100 或 TPS60110 同步時(shí)，3V8 連接器的第二個(gè)引腳用于施加外部時(shí)鐘信號(hào)。

3.2 組件信息

電容 (C{5}) 和 (C{6}) 用于減少尖峰。如果在應(yīng)用中尖峰不是關(guān)鍵問(wèn)題，可以移除這兩個(gè)電容。

3.3 連接器

電路板上有兩個(gè)六針連接器用于電壓的輸入和輸出，每個(gè)連接器的前三個(gè)引腳用于電源（IN 或 OUT），后三個(gè)引腳用于接地（GND）信號(hào)。還有五個(gè)三針連接器可用于連接設(shè)備的五個(gè)邏輯引腳，這些引腳用于調(diào)整設(shè)備的模式。每個(gè)連接器的第一個(gè)引腳為電源（In）信號(hào)，第二個(gè)引腳為邏輯輸入，第三個(gè)引腳為接地（GND）信號(hào)?？梢允褂锰€將引腳連接到輸入（電源電壓）或接地，也可以使用外部信號(hào)源將其他信號(hào)連接到第二個(gè)引腳。這五個(gè)引腳是邏輯電平 CMOS 輸入，其電平規(guī)格可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。連接到邏輯引腳的信號(hào)值可以高于電源電壓，但不要超過(guò)最大額定值。

四、評(píng)估模塊（EVM）的布局

4.1 布局特點(diǎn)

組件僅放置在電路板的頂層，底層信號(hào)為接地信號(hào)（GND）。為了實(shí)現(xiàn)良好的性能，整個(gè)底層是一個(gè) GND 平面，僅被一些過(guò)孔打斷。

4.2 空間信息

評(píng)估模塊上集成電路和電容所需的空間約為 (15 ~mm × 16 ~mm = 240 ~mm^{2})。這些電容并非為節(jié)省空間而優(yōu)化，而是為了性能。如果需要優(yōu)化電路板空間，可以使用更小的電容。此外，由于評(píng)估模塊上的焊盤(pán)比給定電容所需的尺寸大，還可以焊接其他電容。

五、評(píng)估模塊（EVM）的設(shè)置

為了使評(píng)估模塊正常運(yùn)行，需要遵循以下幾個(gè)步驟：

1. 檢查邏輯信號(hào)連接：確保所有五個(gè)邏輯信號(hào)都正確連接，可以使用跳線或外部信號(hào)源。
2. 連接負(fù)載：在輸出端（GND 和 Out 之間）連接負(fù)載。TPS60100 的負(fù)載范圍為 16.5 Ω 至 ∞Ω 或 0 mA 至 200 mA；TPS60110 的負(fù)載范圍為 16.7 Ω 至 ∞Ω 或 0 mA 至 300 mA。
3. 連接信號(hào)源：在輸入端（In）和接地（GND）之間連接具有適當(dāng)電壓的信號(hào)源（或電池組）。TPS60100 的輸入電壓范圍為 1.8 V 至 3.6 V；TPS60110 的輸入電壓范圍為 2.7 V 至 5.4 V。

六、總結(jié)

TI 的 TPS60100 和 TPS60110 評(píng)估模塊為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)，用于評(píng)估這兩款電荷泵的不同模式和性能。通過(guò)合理選擇電容、正確設(shè)置邏輯引腳和連接負(fù)載、信號(hào)源，設(shè)計(jì)師可以深入了解這兩款設(shè)備的特性，為實(shí)際應(yīng)用中的電源設(shè)計(jì)提供有力支持。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)什么問(wèn)題呢？不妨在評(píng)論區(qū)分享一下。