探秘 TPS53127 降壓控制器評(píng)估模塊：設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

在成本敏感型應(yīng)用的電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，TPS53127 降壓控制器評(píng)估模塊（TPS53127EVM - 614）宛如一顆璀璨的明星，為我們提供了一個(gè)便捷且高效的評(píng)估平臺(tái)。下面，讓我們一起深入探究這個(gè)模塊的方方面面。

文件下載：TPS53127EVM-614.pdf

一、模塊概述

TPS53127EVM - 614 是一款雙輸出降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊，它采用了 D - CAP2? 模式控制的 TPS53127 控制器，為常見的雙輸出電源提供了容易上手的參考設(shè)計(jì)。該模塊能從 8V - 22V 的寬輸入電壓源中，提供 1.05V 和 1.8V 兩種輸出電壓，且每通道最大輸出電流可達(dá) 4A，非常適合成本敏感型的應(yīng)用場(chǎng)景。它廣泛應(yīng)用于數(shù)字電視、機(jī)頂盒、DSL 和電纜調(diào)制解調(diào)器等數(shù)字消費(fèi)產(chǎn)品中。

其特點(diǎn)鮮明，8V 至 22V 的寬輸入范圍，能適應(yīng)多種電源環(huán)境；1.05V 和 1.8V 的輸出可滿足不同電路的電壓需求；每通道高達(dá) 4A 的輸出電流則保障了足夠的功率輸出；700kHz 偽固定頻率的 D - CAP2 模式控制，確保了高效穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換；獨(dú)立的使能開關(guān)方便進(jìn)行電源開/關(guān)測(cè)試。

二、電氣性能規(guī)格

輸入特性

輸入電壓范圍為 8V - 22V，典型值為 12V。當(dāng)輸入電壓為 12V，兩個(gè)輸出通道電流均為 4A 時(shí)，輸入電流典型值為 1.2A，最大值為 1.5A?？蛰d輸入電流在輸入電壓為 12V 時(shí)，典型值為 20mA，最大值為 35mA。輸入欠壓鎖定（UVLO）在輸出電流為 4A 時(shí)，最小值為 4.0V，典型值為 4.2V，最大值為 4.5V。

輸出特性

兩個(gè)輸出通道的性能參數(shù)較為相似。以輸出通道 1 為例，在輸入電壓為 12V，輸出電流為 2A 時(shí)，輸出電壓典型值為 1.05V，范圍在 1.03V - 1.07V 之間。線路調(diào)節(jié)率和負(fù)載調(diào)節(jié)率在各自的變化范圍內(nèi)均不超過 1%。輸出電壓紋波在輸入電壓為 12V，輸出電流為 4A 時(shí)，最大值為 30mVpp。輸出電流范圍為 0A - 4A。輸出通道 2 的參數(shù)與通道 1 類似，輸出電壓典型值為 1.8V。

系統(tǒng)特性

開關(guān)頻率范圍為 350kHz - 800kHz，典型值為 700kHz。在輸入電壓為 12V 時(shí)，峰值效率典型值為 85%，滿載效率典型值為 83%。

三、模塊設(shè)計(jì)

原理圖

TPS53127EVM - 614 的原理圖為我們展示了模塊的電路結(jié)構(gòu)。雖然原理圖僅作參考，但它為我們理解模塊的工作原理提供了重要依據(jù)。具體的元件參數(shù)可參考物料清單（BOM）。

連接器和測(cè)試點(diǎn)

模塊配備了多個(gè)連接器和測(cè)試點(diǎn)，方便我們進(jìn)行各種測(cè)試和監(jiān)測(cè)。

• 使能開關(guān)（SW1 和 SW2）：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) TPS53127 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）：雖然該模塊未安裝此開關(guān)，但在評(píng)估 TSSOP 封裝的 TPS53126 控制器時(shí)，可安裝此開關(guān)來選擇 350kHz 和 700kHz 兩種開關(guān)頻率。
• 測(cè)試點(diǎn)：模塊提供了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)輸入電壓、輸出電壓、軟啟動(dòng)電壓、開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形等。例如，TP9 和 TP3 用于監(jiān)測(cè)輸入電壓，TP8 和 TP4 用于監(jiān)測(cè)通道 1 的輸出電壓等。

四、測(cè)試設(shè)置

所需設(shè)備

• 電壓源：0V - 25V 可變直流電源，最小輸出電流為 3.0A。
• 電表：包括 0A - 4A 的電流表，以及用于監(jiān)測(cè)輸入電壓（0V - 22V）、通道 1 輸出電壓（0V - 2V）和通道 2 輸出電壓（0V - 2V）的電壓表。
• 負(fù)載：兩個(gè)電子負(fù)載，分別設(shè)置為 1.05V 和 1.8V 的恒定電流模式，電流范圍為 0A - 4A。
• 示波器：模擬或數(shù)字示波器，設(shè)置為交流耦合測(cè)量，帶寬限制為 20MHz。輸出紋波電壓測(cè)試時(shí)，垂直分辨率為 20mV/division，水平分辨率為 1.0μs/division，并設(shè)置光標(biāo)在 +20mV 和 -20mV 處。
• 推薦線規(guī)：輸入電源與模塊連接的導(dǎo)線最小推薦線徑為 AWG #16，總長(zhǎng)度小于兩英尺；模塊輸出與負(fù)載連接的導(dǎo)線最小推薦線徑為 AWG #14，總長(zhǎng)度也小于兩英尺。
• 風(fēng)扇：由于模塊工作時(shí)部分元件會(huì)發(fā)熱，需要一個(gè)風(fēng)量為 200lfm - 400lfm 的小風(fēng)扇來降低元件溫度。

設(shè)備設(shè)置

按照推薦的測(cè)試設(shè)置圖進(jìn)行連接，確保 J3、J1 和 JP2 的返回線雖然連接到同一系統(tǒng)地，但保持分開連接。操作時(shí)需在 ESD 工作站進(jìn)行，佩戴靜電防護(hù)裝備。連接直流輸入源前，先將源電流限制在最大 3.0A，并將輸入電壓初始設(shè)置為 0V。同時(shí)，要確保使能開關(guān)處于所需位置，并開啟風(fēng)扇。

測(cè)試流程

啟動(dòng)/關(guān)閉程序

啟動(dòng)時(shí)，將輸入電壓從 0V 增加到 12V，分別調(diào)節(jié)兩個(gè)負(fù)載的電流從 0A 到 4A，并在 8V - 22V 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸入電壓。關(guān)閉時(shí)，將輸入電壓降至 0V，同時(shí)將兩個(gè)負(fù)載電流降至 0A。

輸出紋波電壓測(cè)量程序

先將輸入電壓增加到 12V，調(diào)節(jié)兩個(gè)負(fù)載到所需電流，調(diào)節(jié)輸入電壓到所需值，然后用示波器探頭連接到相應(yīng)的輸出端口測(cè)量輸出紋波。測(cè)量完成后，將輸入電壓和負(fù)載電流降至 0A。

設(shè)備關(guān)閉

依次關(guān)閉示波器、輸入電源、負(fù)載和風(fēng)扇。

五、測(cè)試數(shù)據(jù)

通過一系列測(cè)試，得到了 TPS53127EVM - 614 的典型性能曲線，包括效率與負(fù)載的關(guān)系、輸出電壓與負(fù)載的關(guān)系、輸出電壓紋波和開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形等。需要注意的是，實(shí)際性能數(shù)據(jù)可能會(huì)受到測(cè)量技術(shù)和環(huán)境變量的影響，這些曲線僅作參考。

六、模塊布局與物料清單

布局

模塊采用 4 層、2 - oz 覆銅的電路板設(shè)計(jì)，尺寸為 3.5 英寸×2.7 英寸，方便用戶觀察、探測(cè)和評(píng)估 TPS53127 控制 IC。對(duì)于空間受限的系統(tǒng)，可將元件布置在 PCB 兩側(cè)或使用更多內(nèi)部層來減小尺寸。

物料清單

物料清單詳細(xì)列出了模塊所使用的元件，包括電容、電感、二極管、MOSFET、電阻、開關(guān)、測(cè)試點(diǎn)和集成電路等。部分元件數(shù)量為 0，表示未安裝在 PCB 上，但提供參考。同時(shí)，對(duì)組件的裝配有一些注意事項(xiàng)，如要注意 ESD 防護(hù)、保持組件清潔、符合工藝標(biāo)準(zhǔn)等。

TPS53127EVM - 614 評(píng)估模塊為我們提供了一個(gè)全面且實(shí)用的平臺(tái)，讓我們能夠深入了解和評(píng)估 TPS53127 控制器在成本敏感型應(yīng)用中的性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)這些信息進(jìn)行合理的電源設(shè)計(jì)和優(yōu)化。你在使用類似評(píng)估模塊時(shí)，是否也遇到過一些有趣的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。