TPS40193EVM - 001評估模塊：同步降壓轉(zhuǎn)換器的詳細解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，同步降壓轉(zhuǎn)換器是一種常見且重要的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的TPS40193EVM - 001評估模塊，它圍繞TPS40193同步降壓控制器構(gòu)建，為評估和原型設(shè)計提供了便利。

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一、模塊概述

1.1 基本描述

TPS40193EVM - 001評估模塊是一款同步降壓轉(zhuǎn)換器，它能將12V輸入總線轉(zhuǎn)換為固定的1.8V輸出，最大負(fù)載電流可達10A。該模塊設(shè)計為單電源供電，啟動時無需額外的偏置電壓。它采用了引腳數(shù)量減少的中壓同步降壓控制器TPS40193，可使用8V - 14V的穩(wěn)壓總線，通過改變單個設(shè)置電阻，還能支持0.9V - 3.3V的輸出電壓。

1.2 應(yīng)用場景

該模塊適用于多種場景，包括非隔離中電流負(fù)載點和低壓總線轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電信設(shè)備、計算機外設(shè)以及數(shù)字機頂盒等。

1.3 模塊特性

• 輸入范圍：8V - 14V。
• 輸出特性：固定1.8V輸出，可通過單個電阻調(diào)節(jié)；直流穩(wěn)態(tài)輸出電流最大10A。
• 開關(guān)頻率：300kHz（由TPS40193固定）。
• MOSFET：主開關(guān)和同步整流器均采用單SO - 8 MOSFET。
• PCB設(shè)計：雙面、兩層有源印刷電路板（PCB），所有組件都在頂層；測試點信號路由在內(nèi)部層。
• 其他特點：有源轉(zhuǎn)換器面積小于1.2平方英寸；方便的測試點，可用于探測開關(guān)波形和進行非侵入式環(huán)路響應(yīng)測試。

二、電氣性能規(guī)格

三、通用配置與說明

3.1 調(diào)整輸出電壓（R7）

這些值能使輸出電壓的標(biāo)稱設(shè)定點誤差小于1%。若需要更精確的標(biāo)稱值，可將R5與R7并聯(lián)，使用常見的E96電阻以獲得更寬的電阻值范圍。

3.2 調(diào)整短路保護（R9）

宣布短路保護前的電流可通過將(V{SCP})除以高端FET（Q2）的(R{DS(ON)})來確定。

3.3 禁用跳線（JP1）

TPS40193EVM - 001提供一個三針、100密耳（0.100英寸）的插頭和分流器，用于測試TPS40193的禁用功能。將JP1分流器置于左側(cè)位置時，JP1驅(qū)動Q1 FET將TPS40193的EN引腳拉低，禁用控制器；移除JP1分流器或?qū)⑵浒惭b在右側(cè)位置時，JP1將Q1柵極短路到地，啟用TPS40193EVM - 001輸出。

3.4 測試點說明

不同測試點有不同的作用，例如TP1和TP2用于測量模塊的輸入電壓，TP15和TP16用于測量模塊的輸出電壓等。

四、測試設(shè)置

4.1 所需設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源(V_{IN})應(yīng)為0V - 15V的可變直流源，能夠提供5A的直流電流。
• 儀表：包括0A - 5A的直流電流表A1、0V - 15V的電壓表V1和0V - 5V的電壓表V2。
• 負(fù)載：輸出負(fù)載LOAD1應(yīng)為能夠在1.8V下提供0A - 10A直流電流的電子恒流模式負(fù)載。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器測量(V_{OUT})上的紋波電壓，示波器應(yīng)設(shè)置為1MΩ阻抗、20MHz帶寬、交流耦合、1μs/格的水平分辨率和10mV/格的垂直分辨率。
• 推薦線規(guī)：(V_{IN})到J1的連接推薦使用AWG #16的電線，總長度小于4英尺；J2到LOAD1的電源連接推薦使用2× AWG #16的電線，總長度小于2英尺。
• 其他：由于評估模塊中的組件可能會發(fā)熱，需要一個能夠提供200lfm - 400lfm風(fēng)量的小風(fēng)扇來降低組件表面溫度，防止用戶受傷。

4.2 設(shè)備設(shè)置

按照圖5 - 1至圖5 - 3所示的基本測試設(shè)置進行連接，注意J1和J2的返回線路應(yīng)保持分開。

4.3 啟動/關(guān)閉程序

啟動步驟：

1. 將(V_{IN})從0V增加到12V直流。
2. 將LOAD1從0A變化到10A直流。
3. 將(V_{IN})從8.0V直流變化到14V直流。

關(guān)閉步驟：

1. 將(V_{IN})降低到0V直流。
2. 將LOAD1降低到0A。

4.4 輸出紋波電壓測量程序

1. 將(V_{IN})從0V直流增加到12V直流。
2. 將LOAD1調(diào)整到0A - 10A直流之間的所需負(fù)載。
3. 將(V_{IN})調(diào)整到8.0V直流 - 14V直流之間的所需負(fù)載。
4. 按照圖5 - 2所示將示波器探頭連接到TP15和TP16。
5. 測量輸出紋波。
6. 將(V_{IN})降低到0V直流。
7. 將LOAD1降低到0A。

4.5 控制環(huán)路增益和相位測量程序

1. 按照圖5 - 3所示將1kHz - 1MHz的隔離變壓器連接到TP12和TP13。
2. 按照圖5 - 3所示將輸入信號幅度測量探頭（通道A）連接到TP12。
3. 按照圖5 - 3所示將輸出信號幅度測量探頭（通道B）連接到TP13。
4. 按照圖5 - 3所示將通道A和通道B的接地引線連接到TP11和TP14。
5. 通過隔離變壓器在R14上注入30mV（或更?。┑男盘?。
6. 將頻率從1kHz掃描到1MHz，使用1Hz或更低的后置濾波器。
7. 控制環(huán)路增益可通過公式(20 × LOGleft(frac{ Channel B}{ Channel A}right))測量。
8. 控制環(huán)路相位通過通道A和通道B之間的相位差測量。
9. 通過將通道A探頭連接到TP6（COMP），通道B探頭連接到TP13，可測量控制到輸出響應(yīng)（功率級傳遞函數(shù)）。
10. 通過將通道B探頭連接到TP6（COMP），通道A探頭連接到TP12，可測量輸出到控制響應(yīng)（誤差放大器傳遞函數(shù)）。
11. 在進行其他測量之前，將隔離變壓器從TP12和TP13斷開，因為反饋中的信號注入可能會干擾其他測量的準(zhǔn)確性。

4.6 設(shè)備關(guān)閉

1. 關(guān)閉示波器。
2. 關(guān)閉(V_{IN})。
3. 關(guān)閉LOAD1。
4. 關(guān)閉風(fēng)扇。

五、典型性能數(shù)據(jù)和特性曲線

圖6 - 1至圖6 - 7展示了TPS40193EVM - 001的典型性能曲線，包括效率與負(fù)載電流的關(guān)系、輸出電壓與負(fù)載電流的關(guān)系、輸出電壓紋波、開關(guān)節(jié)點波形以及控制環(huán)路波特圖等。但實際性能數(shù)據(jù)可能會受到測量技術(shù)和環(huán)境變量的影響，這些曲線僅作參考。

六、EVM組裝圖紙和布局

圖7 - 1至圖7 - 6展示了TPS40193EVM - 001印刷電路板（PCB）的設(shè)計。該EVM采用4層、2oz覆銅PCB（2.5英寸×2.5英寸），所有組件位于頂層1.54英寸×0.76英寸的有源區(qū)域，所有有源走線位于電路板的頂層和底層。這種配置方便用戶在實際的雙面應(yīng)用中查看、探測和評估TPS40193控制IC。

七、物料清單

文檔中的表8 - 1列出了根據(jù)原理圖配置的EVM組件，包括電容、電阻、二極管、MOSFET、電感、連接器等各種元件的型號、參數(shù)和制造商信息。

八、總結(jié)

TPS40193EVM - 001評估模塊為電子工程師提供了一個方便的測試平臺，用于評估TPS40193控制器在實際應(yīng)用中的性能，并進行同步降壓轉(zhuǎn)換器的原型設(shè)計。通過對其電氣性能、配置、測試設(shè)置等方面的了解，工程師可以更好地利用該模塊進行電源設(shè)計和優(yōu)化。大家在使用過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有什么獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享。