TPS53126 Buck控制器評(píng)估模塊：設(shè)計(jì)與測試全解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)于成本敏感型應(yīng)用的電源設(shè)計(jì)，德州儀器（Texas Instruments）的TPS53126 Buck控制器評(píng)估模塊（TPS53126EVM - 600）提供了一個(gè)便捷且實(shí)用的解決方案。今天，我們就來深入探討這個(gè)評(píng)估模塊的各個(gè)方面，包括其基本特性、電氣性能、測試方法以及性能數(shù)據(jù)。

文件下載：TPS53126EVM-600.pdf

一、評(píng)估模塊概述

1. 模塊描述

TPS53126EVM - 600評(píng)估板為用戶提供了一種方便的方式，在實(shí)際的成本敏感型應(yīng)用中評(píng)估TPS53126雙D - CAP2?模式控制降壓控制器。它能夠從一個(gè)寬松調(diào)節(jié)的12V（8V至22V）電源中，提供低核心類型的1.05V和I/O類型的1.8V輸出，每個(gè)輸出通道的電流最高可達(dá)4A。同時(shí)，模塊上配備了開關(guān)和測試點(diǎn)，方便用戶評(píng)估TPS53126控制器在其應(yīng)用中的性能。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

該評(píng)估模塊適用于多種數(shù)字產(chǎn)品，如數(shù)字電視、機(jī)頂盒、DSL和電纜調(diào)制解調(diào)器以及其他成本敏感型數(shù)字消費(fèi)產(chǎn)品。

3. 模塊特性

• 輸入電壓范圍：8V至22V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 輸出電壓：提供1.05V和1.8V兩種輸出，滿足不同負(fù)載需求。
• 輸出電流：每個(gè)通道最大輸出電流可達(dá)4A。
• 頻率控制：通過開關(guān)可選擇350kHz或700kHz的偽固定頻率D - CAP2?模式控制。
• 獨(dú)立使能開關(guān)：用于電源開啟/關(guān)閉測試，方便用戶對(duì)每個(gè)輸出通道進(jìn)行獨(dú)立控制。

二、電氣性能規(guī)格

1. 輸入特性

輸入電壓范圍為8V至22V，在VIN = 12V，IOUT1 = 4A，IOUT2 = 4A的條件下，輸入電流典型值為1.2A，最大值為1.5A。無負(fù)載輸入電流在VIN = 12V，IOUT = 0A，SW3 = 350kHz時(shí)為20mA。輸入欠壓鎖定（UVLO）在IOUT = 4A時(shí)，范圍為4.0V至4.5V。

2. 輸出特性

• VOUT1：在VIN = 12V，IOUT1 = 2A時(shí)，輸出電壓為1.05V。線路調(diào)節(jié)率在VIN = 8V至22V時(shí)為1%，負(fù)載調(diào)節(jié)率在IOUT1 = 0A至4A時(shí)為1%。輸出電壓紋波在VIN = 12V，IOUT2 = 4A時(shí)為30mVpp。
• VOUT2：在VIN = 12V，IOUT2 = 2A時(shí)，輸出電壓為1.80V。線路調(diào)節(jié)率和負(fù)載調(diào)節(jié)率同樣為1%，輸出電壓紋波在VIN = 12V，IOUT2 = 4A時(shí)為30mVpp。

3. 系統(tǒng)特性

開關(guān)頻率在SW3 = 350kHz時(shí)，范圍為200kHz至400kHz。輸出1的峰值效率在VIN = 12V，SW3 = 350kHz時(shí)為88%，滿載效率為85%；輸出2的峰值效率為91%，滿載效率同樣為91%。

三、原理圖與連接

1. 原理圖

文檔中提供了TPS53126EVM - 600的原理圖（Figure 3 - 1），它是整個(gè)模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，詳細(xì)展示了各個(gè)元件的連接方式和電路結(jié)構(gòu)。對(duì)于電子工程師來說，原理圖是理解模塊工作原理和進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要依據(jù)。

2. 連接器和測試點(diǎn)

• 使能開關(guān)（SW1和SW2）：用于獨(dú)立控制兩個(gè)輸出通道的開啟和關(guān)閉。當(dāng)開關(guān)置于DIS位置時(shí)，通道被禁用并根據(jù)TPS53126的內(nèi)部放電特性進(jìn)行放電；置于EN位置時(shí)，相應(yīng)通道開啟。
• 開關(guān)頻率選擇開關(guān)（SW3）：可選擇TPS53126的TEST2 IC引腳編程的頻率。當(dāng)處于350kHz位置時(shí)，D - CAP2模式控制選擇350kHz的導(dǎo)通時(shí)間（Ton）；處于700kHz位置時(shí)，選擇700kHz的導(dǎo)通時(shí)間。需要注意的是，在模塊運(yùn)行時(shí)不要切換SW3的位置，如需更改頻率，應(yīng)先禁用兩個(gè)通道。
• 測試點(diǎn)：模塊上設(shè)置了多個(gè)測試點(diǎn)，用于監(jiān)測不同的參數(shù)。例如，TP9和TP3用于監(jiān)測輸入電壓，TP8和TP4用于監(jiān)測通道1的輸出電壓，TP7和TP6用于監(jiān)測通道2的輸出電壓，TP5和TP11用于監(jiān)測開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形電壓，TP10用于監(jiān)測內(nèi)部5V穩(wěn)壓器的輸出電壓。

四、測試設(shè)置與流程

1. 測試設(shè)備

• 電壓源：0V至25V的可變直流電源，最小輸出電流為3A。
• 儀表：包括0A至5A的電流表、0V至25V的電壓表（用于測量VIN）、0V至2V的電壓表（分別用于測量VOUT1和VOUT2）。
• 負(fù)載：兩個(gè)電子負(fù)載，分別設(shè)置為恒流模式，一個(gè)可在1.05V下提供0A至4A的電流，另一個(gè)可在1.8V下提供0A至4A的電流。
• 示波器和探頭：示波器需設(shè)置為交流耦合測量，帶寬限制為20MHz。推薦使用具有暴露導(dǎo)電接地桶的示波器探頭。
• 推薦線規(guī)：VIN到J3的連接推薦使用AWG 16線，總長度小于2英尺；J1到LOAD1和J2到LOAD2的連接推薦使用AWG 14線，總長度同樣小于2英尺。
• 其他設(shè)備：由于模塊中的元件在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)熱，建議使用一個(gè)風(fēng)量為200 - 400 lfm的小風(fēng)扇來降低元件溫度。

2. 推薦設(shè)置

在ESD工作站進(jìn)行測試，確保在給模塊通電前，將任何腕帶、靴子或墊子連接到接地參考點(diǎn)。同時(shí)，建議佩戴靜電服和安全眼鏡。文檔中的Figure 5 - 1展示了推薦的測試設(shè)置，為實(shí)際測試提供了清晰的指導(dǎo)。

3. 測試流程

• 啟動(dòng)程序：在連接直流輸入源VIN之前，將源電流限制在最大2A，并將VIN初始設(shè)置為0V。確保LOAD1和LOAD2設(shè)置為恒流模式且電流為0A，將SW1、SW2和SW3置于所需位置，開啟風(fēng)扇，然后將VIN從0V增加到12Vdc。
• 線路/負(fù)載調(diào)節(jié)和效率測量程序：按照推薦設(shè)置搭建測試環(huán)境，啟動(dòng)模塊，將VIN調(diào)整到8Vdc至22Vdc之間的所需值，將LOAD1/LOAD2調(diào)整到0Adc至4Adc之間的所需負(fù)載，讀取輸入電壓、輸出電壓和輸入電流，最后按照關(guān)機(jī)程序關(guān)閉模塊。
• 輸出紋波電壓測量程序：同樣按照推薦設(shè)置搭建測試環(huán)境，啟動(dòng)模塊，調(diào)整VIN和LOAD1/LOAD2，將示波器探頭連接到相應(yīng)的測試點(diǎn)（TP8和TP4用于VOUT1，TP7和TP6用于VOUT2），測量輸出紋波，最后關(guān)閉模塊。
• 關(guān)機(jī)程序：將SW1和SW2設(shè)置為DIS，將LOAD1和LOAD2的電流降至0A并關(guān)閉，將VIN降至0V并關(guān)閉，最后關(guān)閉風(fēng)扇。

五、性能數(shù)據(jù)與典型特性曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，包括效率與負(fù)載的關(guān)系、輸出電壓與負(fù)載的關(guān)系、輸出電壓紋波以及開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形等。這些曲線為工程師提供了模塊在不同條件下的性能參考，但實(shí)際性能數(shù)據(jù)可能會(huì)受到測量技術(shù)和環(huán)境變量的影響，因此僅供參考。

六、EVM組裝圖紙和布局

TPS53126EVM - 600采用4層、2盎司覆銅的印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)，尺寸為3.5英寸×2.7英寸，方便用戶查看、探測和評(píng)估TPS53126控制集成電路。文檔中的Figure 8 - 1至Figure 8 - 6展示了PCB的設(shè)計(jì)，包括頂層組裝、底層組裝、頂層、底層以及兩個(gè)內(nèi)層的布局。對(duì)于空間受限的系統(tǒng)，還可以通過將元件移動(dòng)到PCB的兩側(cè)或使用額外的內(nèi)層來進(jìn)一步減小尺寸。

七、物料清單

文檔中的Table 9 - 1列出了TPS53126EVM - 600的物料清單，包括每個(gè)元件的數(shù)量、參考編號(hào)、值、描述、尺寸、零件編號(hào)和制造商等信息。這對(duì)于工程師進(jìn)行元件采購和替換非常有幫助。

綜上所述，TPS53126EVM - 600評(píng)估模塊為電子工程師在成本敏感型應(yīng)用中評(píng)估TPS53126控制器提供了一個(gè)全面的解決方案。通過詳細(xì)的電氣性能規(guī)格、清晰的測試設(shè)置和流程以及豐富的性能數(shù)據(jù)，工程師可以更好地了解和應(yīng)用該模塊，為實(shí)際設(shè)計(jì)提供有力支持。大家在使用這個(gè)評(píng)估模塊的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。