TPS61175EVM - 326評估模塊：高效升壓轉換器的設計與應用

在電子設計領域，電源管理模塊的性能和設計合理性至關重要。今天，我們就來深入探討德州儀器（Texas Instruments）的TPS61175EVM - 326評估模塊，它在升壓轉換方面有著出色的表現。

文件下載：TPS61175EVM-326.pdf

一、模塊概述

TPS61175EVM - 326評估模塊旨在將5.0V至12.0V的輸入電壓提升至24V輸出，其核心是德州儀器的TPS61175高效升壓轉換器。該評估模塊的主要目標是方便用戶評估TPS61175電源解決方案，它通過使用TPS61175可調輸出升壓轉換器、外部肖特基二極管、輸入和輸出電容器、電感器以及適當的反饋和補償組件，來實現穩(wěn)定的24V輸出。

二、性能規(guī)格

輸入為5.0V時

輸入為12.0V時

注：最小和最大值包含1%的電阻容差以及IC反饋參考電壓容差。

三、設計示例

以12V至24V非同步升壓調節(jié)器的設計為例，我們來看看如何進行組件選擇和設計。

1. 確定占空比

通過公式 (D{(MIN)}=frac{V{OUT}+V{D}-V{IN(MIN)}}{V{OUT}+V{D}}=frac{24 V + 0.5 V - 12 V}{24 V + 0.5 V}=51 %) 計算得出最小占空比。

2. 計算最大輸出電流

假設在 (V{IN} = 12 V) 時，(eta{est} = 90 %) 且 (RPL % = 20 %) ，根據公式 (I{OUT (max )}=frac{V{IN } × I{LIM } times(1 - RPL % / 2) × eta{est }}{V_{OUT }}=frac{12 V × 3 A times(1 - 20 % / 2) × 90 %}{24}=1.2 A) 計算最大輸出電流。

3. 選擇電感器

設計者選擇 (RPL % = 20 %) 和 (f{SW} = 750 kHz) ，并假設 (eta{est} = 90 %) ，通過公式 (L geq frac{eta{est } × V{IN}}{left[f{SW} timesleft(frac{1}{V{OUT } + V{D} - V{IN}} + frac{1}{V{IN}}right)right] × RPL % × P{OUT }}) 計算得出電感值應不小于15.3μH，最終選擇22μH的電感器。

4. 設置輸出電壓

選擇 (R2 = 16.2 kOmega) ，通過公式 (R1 = R2 timesleft(frac{V_{OUT }}{1.229 V}-1right)=16.2 k Omega timesleft(frac{24}{1.229 V}-1right)=300 k Omega to 301 k Omega) 來設置輸出電壓。

5. 設置開關頻率

利用數據表中的表1和圖13以及一些測試結果，設計者選擇143kΩ的電阻來設置750kHz的開關頻率。

6. 選擇軟啟動電容

設計者選擇了數據表推薦的0.047μF電容。

7. 選擇肖特基二極管

為了適應電源輸出電壓的更高修改，設計者選擇了40V額定二極管。考慮到功耗和溫度，在實際應用中建議使用更大封裝的二極管。

8. 選擇輸出電容

輸出電容需要滿足紋波規(guī)格和瞬態(tài)規(guī)格，最終選擇3個4.7μF、50V的電容器，以提供接近15μF的輸出電容。

9. 補償控制環(huán)路

通過一系列計算和測試，確定補償網絡的參數，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

四、模塊設置與測試結果

1. 輸入/輸出連接

該模塊提供了多個連接點，用于不同電流下的輸入和輸出連接，以及外部時鐘同步信號的應用。例如，J1用于較低輸入電流時的輸入電源正連接，J2用于較低輸出電流時的設備正輸出等。

2. 測試結果

測試結果包括效率、啟動過程、PWM操作、負載瞬態(tài)響應以及環(huán)路增益和相位等方面。從測試結果中，我們可以直觀地了解模塊在不同輸入電壓和負載條件下的性能表現。

五、電路板布局

電路板布局對于開關模式電源至關重要。該模塊的電路板布局將高頻噪聲的開關節(jié)點與對噪聲敏感的反饋電路隔離開來，并仔細處理了高頻電流環(huán)路的布線。具體的布局圖展示了頂層組裝層、頂層布線、內部層1、內部層2和底層的情況。

六、物料清單和原理圖

1. 物料清單

詳細列出了模塊中使用的各種組件，包括電容器、二極管、電感器、電阻器、測試點、IC等的規(guī)格和型號。

2. 原理圖

原理圖展示了模塊的電路連接關系，為進一步的分析和設計提供了基礎。

七、注意事項

在使用該評估模塊時，需要注意以下幾點：

1. 該評估模塊僅用于工程開發(fā)、演示或評估目的，并非適合一般消費者使用的成品。
2. 操作時應確保輸入電壓在3V至18V范圍內，輸出電壓在38V范圍內，否則可能導致意外操作或不可逆轉的損壞。
3. 正常運行時，部分電路組件的外殼溫度可能超過125°C，操作時需注意避免燙傷。

通過對TPS61175EVM - 326評估模塊的深入了解，我們可以看到它在升壓轉換方面的強大性能和靈活設計。在實際應用中，我們可以根據具體需求對模塊進行適當的修改和優(yōu)化，以滿足不同的電源管理要求。你在使用類似模塊時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。