探索LMZ3170x電源模塊評估模塊：設(shè)計與應(yīng)用指南

引言

在電子工程師的日常工作中，電源模塊的評估與設(shè)計是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的LMZ3170x電源模塊評估模塊，包括LMZ31710EVM - 001、LMZ31707EVM - 002和LMZ31704EVM - 003。這些評估模塊為我們提供了一個便捷的平臺，用于全面評估SIMPLE SWITCHER?電源模塊的特性和性能。

文件下載：LMZ31710EVM-001.pdf

評估模塊概述

功能特性

該評估模塊采用LMZ31710（10 - A）、LMZ31707（7 - A）或LMZ31704（4 - A）同步降壓電源模塊，適用于典型的5 - V和12 - V輸入總線應(yīng)用。通過配置跳線，輸出電壓可設(shè)置為七種常用值之一，開關(guān)頻率也能通過跳線設(shè)置為七種值之一。評估模塊能夠提供設(shè)備的完整輸出電流額定值，并且板上包含輸入和輸出電容器，以適應(yīng)各種輸入和輸出電壓范圍。

測試點與監(jiān)控功能

評估模塊提供了豐富的監(jiān)測測試點，可用于測量效率、功率耗散、輸入紋波、輸出紋波、線路和負(fù)載調(diào)節(jié)以及瞬態(tài)響應(yīng)等參數(shù)。同時，還提供了控制測試點，用于測試LMZ317xx設(shè)備的PWRGD、抑制/欠壓鎖定（UVLO）、同步和軟啟動/跟蹤等功能。

快速上手

用戶界面

評估模塊的用戶界面如圖2 - 1所示。極化的PVin電源端子塊（TB1）用于連接主機輸入電源，極化的Vout電源端子塊（TB2）用于連接負(fù)載。這些端子塊可接受最大16 - AWG的電線。極化的Vbias端子塊（TB3）在需要可選的分離電源操作時，與VIN選擇跳線（P1）一起使用。

測試點使用

• 電壓監(jiān)測：PVin Monitor和Vout Monitor測試點用于電壓監(jiān)測，可連接電壓表測量PVin和Vout。電壓表參考應(yīng)連接到電源端子塊之間的四個PVin/Vout Monitor Grounds測試點之一。需要注意的是，這些測試點不能作為輸入電源或輸出負(fù)載的連接點，因為連接到這些測試點的PCB走線不支持高電流。
• 波形監(jiān)測：PVin Scope和Vout Scope測試點可用于使用示波器監(jiān)測PVin和Vout波形。這些測試點適用于配備低電感接地引線（接地彈簧）的無罩示波器探頭。
• 控制測試：位于設(shè)備正下方的Controls測試點用于測試設(shè)備的功能。任何與這些測試點的外部連接都應(yīng)參考位于評估模塊底部的Control Ground測試點。

跳線設(shè)置

Vout Select跳線（P3）和Fsw Select跳線（P2）用于選擇所需的輸出電壓和合適的開關(guān)頻率。在給評估模塊供電之前，確保跳線存在并正確定位以獲得預(yù)期的輸出電壓。具體的跳線設(shè)置可參考表2 - 1。在更改跳線設(shè)置之前，務(wù)必先移除輸入電源。

測試點詳細(xì)描述

操作注意事項

電源供應(yīng)

若要使用單個電源操作評估模塊，Vin選擇跳線（P1）必須處于圖2 - 1所示的默認(rèn)PVIN - VIN位置。在此位置，設(shè)備的PVin和Vin引腳連接在一起。評估模塊的UVLO閾值約為4 V，具有0.15 V的遲滯。輸入電壓必須高于UVLO閾值設(shè)備才能啟動，啟動后，設(shè)備的最小輸入電壓必須至少為4.5 V或（VOUT + 0.7 V），取兩者中的較大值。設(shè)備的最大工作輸入電壓為17 V。

軟啟動時間

施加適當(dāng)?shù)妮斎腚妷汉?，設(shè)備的輸出電壓將在約1.2 ms內(nèi)上升到最終值。如果需要，可以通過在SS/TR測試點添加電容器來增加軟啟動時間。

開關(guān)頻率選擇

表2 - 1列出了每個VOUT選擇的推薦開關(guān)頻率，這些推薦涵蓋了廣泛的輸入電壓和輸出負(fù)載條件。開關(guān)頻率的選擇會受到占空比、最小導(dǎo)通時間、最小關(guān)斷時間和電流限制等因素的影響。在某些應(yīng)用中，根據(jù)上述因素，其他開關(guān)頻率也可用于特定的輸出電壓。

電容需求

評估模塊包含輸入和輸出電容器，以適應(yīng)各種輸入和輸出電壓條件。實際所需的電容值將取決于特定應(yīng)用的輸入和輸出電壓條件以及所需的瞬態(tài)響應(yīng)。在大多數(shù)情況下，所需的輸出電容將小于評估模塊上提供的電容。

輕載效率模式

LMZ317xx在輕電流時以脈沖跳過模式運行，以提高輕載效率（LLE模式）。在輸出電壓低于1.5 V時，脈沖跳過可能會導(dǎo)致在無負(fù)載放電能量時輸出電壓上升。根據(jù)VOUT的不同，需要至少600 μA或更小的最小負(fù)載來保持輸出電壓在規(guī)定范圍內(nèi)。對于VOUT = 0.6 V的最壞情況，1 - kΩ電阻將提供600 μA的所需最小負(fù)載。如果應(yīng)用需要額外的負(fù)載來滿足最小負(fù)載要求，可以在評估模塊外部連接額外負(fù)載或安裝在評估模塊底面的R16位置。

性能數(shù)據(jù)

圖5 - 1至圖5 - 8展示了LMZ31710EVM在VOUT = 1.8 V和FSW = 500 kHz條件下的性能。對于LMZ31707和LMZ31704的數(shù)據(jù)，請參考產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊。

原理圖與物料清單

原理圖

圖6 - 1為評估模塊的原理圖，它展示了各個組件之間的連接關(guān)系，為工程師進行電路分析和設(shè)計提供了重要依據(jù)。

物料清單

表7 - 1列出了評估模塊的物料清單（BOM），包括各個組件的型號、值、描述、尺寸、零件編號和制造商等信息。這對于工程師進行物料采購和組裝非常有幫助。

PCB布局

圖8 - 1至圖8 - 6展示了評估模塊的PCB布局，包括頂面組件布局、底面組件布局以及各層銅箔布局。合理的PCB布局對于提高模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要，它可以最大限度地提高熱性能，減少輸出紋波和噪聲。

總結(jié)

LMZ3170x電源模塊評估模塊為電子工程師提供了一個全面評估SIMPLE SWITCHER?電源模塊性能的平臺。通過合理使用評估模塊上的測試點和跳線設(shè)置，工程師可以深入了解電源模塊的各項性能指標(biāo)，并根據(jù)實際應(yīng)用需求進行優(yōu)化設(shè)計。希望本文能為廣大電子工程師在使用LMZ3170x電源模塊評估模塊時提供有益的參考。

你在使用LMZ3170x電源模塊評估模塊的過程中遇到過哪些問題？你對電源模塊的設(shè)計和評估有什么獨特的見解？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。