TPS23750 Flyback-Converter Evaluation Board – HPA108使用指南

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，評估模塊是工程師驗(yàn)證和測試新設(shè)計(jì)的重要工具。今天我們要介紹的是德州儀器（Texas Instruments）的TPS23750 Flyback-Converter Evaluation Board – HPA108評估模塊。這個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)了符合IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的3類電源接口和一個(gè)DC/DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器，采用典型的以太網(wǎng)供電（PoE）配置。它為工程師提供了一個(gè)便捷的平臺，用于測試和開發(fā)PoE相關(guān)的應(yīng)用。

文件下載：TPS23750EVM-108.pdf

二、規(guī)格、原理圖和物料清單

2.1 電氣規(guī)格

該評估模塊的電氣規(guī)格涵蓋了電源接口和DC/DC轉(zhuǎn)換器兩部分，工作溫度范圍為 -40°C 至 85°C。

• 電源接口：輸入電壓范圍為0 - 57V，啟動后的工作電壓為36 - 57V。輸入欠壓鎖定（UVLO）的上升和下降閾值分別為42V和30V。檢測電壓范圍為2.7 - 10.1V，分類電壓范圍為14.5 - 20.5V，分類電流為26 - 30mA，浪涌電流限制為100 - 180mA，工作電流限制為405 - 495mA。
• DC/DC轉(zhuǎn)換器：輸出電壓方面，3.3V輸出在36V ≤ VIN ≤ 57V且負(fù)載電流ILOAD ≤ ILOAD(max)時(shí)，范圍為3.13 - 3.47V；5V輸出范圍為4.75 - 5.25V。輸出電流方面，3.3V輸出最大為3A，5V輸出最大為2A。輸出紋波電壓在VIN = 44V，ILOAD = 3A（3.3V輸出）和VIN = 44V，ILOAD = 2A（5V輸出）時(shí)，峰峰值均為15mV。端到端效率在VIN = 44V，ILOAD = 3A（3.3V輸出）時(shí)為80%，VIN = 44V，ILOAD = 2A（5V輸出）時(shí)為82%。開關(guān)頻率范圍為82 - 118kHz。

2.2 原理圖

雖然文檔中未詳細(xì)展示原理圖，但我們知道它基于TPS23750 PD控制器構(gòu)建，采用同步反激拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)3.3V隔離設(shè)計(jì)，同時(shí)物料清單還展示了如何構(gòu)建3.3V或5V的隔離和非隔離變體。

2.3 物料清單

物料清單詳細(xì)列出了構(gòu)建評估模塊所需的各種元件，包括電容、電阻、二極管、MOSFET、電感、變壓器、IC等。不同的輸出電壓（3.3V和5V）以及隔離和非隔離設(shè)計(jì)所需的元件數(shù)量和型號有所不同。例如，在電容方面，有不同容值、耐壓和封裝的陶瓷電容和鋁電解電容；在IC方面，有IEEE 802.3af集成初級側(cè)控制器TPS23750PWP等。

三、電路板布局

3.1 布局考慮

PoE前端的布局需要遵循良好的電源和EMI/ESD實(shí)踐。以下是一些基本建議：

• 元件放置：按照功率流的方向進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)放置，如RJ - 45 ? 以太網(wǎng)變壓器 ? 二極管橋 ? TVS和0.1 - μF電容 ? TPS23750 ? 大容量電容 ? 轉(zhuǎn)換器輸入。
• 布線：所有引線應(yīng)盡可能短，采用寬功率走線，并將信號和返回線配對。避免信號在功率流的不同部分之間交叉。
• 間距：48V輸入電壓軌之間以及輸入和隔離轉(zhuǎn)換器輸出之間應(yīng)遵循安全標(biāo)準(zhǔn)（如IEC60950）的間距要求。
• 接地：TPS23750應(yīng)位于參考PoE輸入的Vss和轉(zhuǎn)換器操作的RTN的分割局部接地平面上。PoE側(cè)可以沒有接地平面，但轉(zhuǎn)換器側(cè)必須有。PowerPadTM必須連接到VSS平面或填充區(qū)域，特別是在考慮功率耗散時(shí)。以太網(wǎng)輸入或轉(zhuǎn)換器初級側(cè)下方不應(yīng)有邏輯接地和功率層。
• 散熱：在SMT功率耗散器件上使用大銅填充和走線，在功率路徑中使用寬走線或覆蓋銅填充。

3.2 轉(zhuǎn)換器布局規(guī)則

• 信號配對：配對信號以減少輻射和噪聲，特別是攜帶高電流脈沖的路徑，包括功率半導(dǎo)體和磁性元件。
• 縮短走線長度：減少上述路徑中所有走線的長度。
• 垂直配對：盡可能使用垂直配對。
• 謹(jǐn)慎使用接地平面：小心使用接地平面來處理開關(guān)電流。
• 隔離高電流和高電壓：將高電流和高電壓開關(guān)遠(yuǎn)離低電平傳感電路，包括電源外部的電路。
• 保護(hù)電流傳感信號：RSP/RSN上的電流傳感是最關(guān)鍵、對噪聲敏感的信號，必須像上述規(guī)則一樣進(jìn)行保護(hù)，避免受到柵極驅(qū)動信號的影響。
• 注意高壓區(qū)域間距：特別注意轉(zhuǎn)換器高壓部分周圍的間距。

四、使用評估模塊

4.1 設(shè)置

在使用評估模塊之前，建議工程師閱讀TPS23750的數(shù)據(jù)手冊。典型的設(shè)置如圖5所示，該圖展示了評估模塊的連接方式。

4.2 接口

4.3 測量

在進(jìn)行測量時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 變壓器噪聲：變壓器T2的雜散磁場可能會將噪聲耦合到測量中，在測量低電平信號（如輸出紋波電壓）時(shí)，這種噪聲可能會很明顯。應(yīng)保持示波器探頭的接地引線短，并遠(yuǎn)離T2，以減少噪聲拾取。
• 接地環(huán)路：如果將測試設(shè)備連接到評估模塊，可能會產(chǎn)生接地環(huán)路。應(yīng)通過使測試設(shè)備和/或電源浮地來避免接地環(huán)路。

4.4 評估模塊操作

TPS23750數(shù)據(jù)手冊詳細(xì)描述了隔離反激PD中各種組件的電氣操作和功能，該數(shù)據(jù)手冊中的電路與評估模塊中的電路類似。

五、相關(guān)文檔

相關(guān)文檔包括TPS23750、TPS23770集成100V IEEE 802.3af PD和DC/DC控制器數(shù)據(jù)手冊（SLVS590）以及IEEE Std 802.3af標(biāo)準(zhǔn)。

六、重要注意事項(xiàng)

6.1 評估板使用限制

該評估板僅用于工程開發(fā)、演示或評估目的，不是適合一般消費(fèi)者使用的成品。處理該產(chǎn)品的人員必須具備電子培訓(xùn)，并遵守良好的工程實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)。評估板可能不滿足歐盟關(guān)于電磁兼容性、限制物質(zhì)（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL的指令要求。

6.2 保修和責(zé)任

如果評估板不符合用戶指南中規(guī)定的規(guī)格，可以在交付日期起30天內(nèi)退貨以獲得全額退款。賣方對買方的唯一保修即上述保修，替代所有其他明示、暗示或法定保修，包括適銷性或特定用途適用性的保修。用戶承擔(dān)妥善和安全處理產(chǎn)品的所有責(zé)任和義務(wù)，并賠償TI因產(chǎn)品處理或使用而產(chǎn)生的所有索賠。

6.3 安全警告

• 電壓范圍：必須在0V至57V的輸入電壓范圍和3V至6V的輸出電壓范圍內(nèi)操作評估板。超出指定輸入范圍可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)υu估板造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。如果對輸入范圍有疑問，請?jiān)谶B接輸入電源之前聯(lián)系TI現(xiàn)場代表。
• 負(fù)載范圍：施加超出指定輸出范圍的負(fù)載可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)υu估板造成永久性損壞。在連接任何負(fù)載到評估板輸出之前，請參考評估板用戶指南。如果對負(fù)載規(guī)格不確定，請聯(lián)系TI現(xiàn)場代表。
• 高溫組件：在正常操作期間，一些電路組件的外殼溫度可能會超過100°C。只要保持輸入和輸出范圍，評估板設(shè)計(jì)為在某些組件高于100°C的情況下正常運(yùn)行。這些組件包括但不限于線性穩(wěn)壓器、開關(guān)晶體管、功率晶體管和電流感測電阻器。在操作期間將測量探頭放置在這些設(shè)備附近時(shí)，請注意這些設(shè)備可能會很燙。

通過以上介紹，相信工程師們對TPS23750 Flyback-Converter Evaluation Board – HPA108評估模塊有了更全面的了解。在實(shí)際應(yīng)用中，大家可以根據(jù)這些信息進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和測試，以實(shí)現(xiàn)理想的PoE應(yīng)用。你在使用類似評估模塊時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。