探索 TPS53313 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊：設(shè)計(jì)與測試全解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是電源管理中的關(guān)鍵組件。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的 TPS53313 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊（EVM），了解其特性、配置、測試過程以及性能表現(xiàn)。

文件下載：TPS53313EVM-078.pdf

模塊概述

TPS53313EVM - 078 是一款基于 TPS53313 設(shè)計(jì)的降壓調(diào)節(jié)器評估模塊。TPS53313 采用電壓模式控制，是一款完全集成的降壓調(diào)節(jié)器。該模塊旨在使用 12V 電壓軌產(chǎn)生穩(wěn)定的 1.2V 輸出，最大負(fù)載電流可達(dá) 6A，適用于典型的負(fù)載點(diǎn)（POL）應(yīng)用，同時(shí)提供多個(gè)測試點(diǎn)，方便評估 TPS53313 的性能。

典型應(yīng)用與特性

• 典型應(yīng)用：適用于 5V 或 12V 降壓軌的 POL 應(yīng)用。
• 特性亮點(diǎn)：
  • 連續(xù) 6A 輸出電流能力。
  • 支持所有多層陶瓷電容（MLCC）輸出電容。
  • 電壓模式控制。
  • 可選輕載操作模式（強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式 FCCM 和跳周期模式 Skip Mode）。
  • 可選開關(guān)頻率設(shè)置（600kHz 和 1.00MHz）。
  • 支持外部時(shí)鐘同步。
  • 可選過流閾值。
  • 禁用時(shí)軟停止輸出放電。
  • 具備過流、過壓、欠壓和過溫保護(hù)。
  • 有電源良好指示。
  • 支持預(yù)偏置輸出電壓啟動(dòng)。
  • 提供方便的測試點(diǎn)，用于探測關(guān)鍵波形。

電氣性能規(guī)格

測試設(shè)置

測試設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源（VIN）應(yīng)為 0V 至 15V 的可變直流源，能夠提供 2A DC 電流。
• 萬用表：包括測量 VIN 的電壓表 V1、測量 VOUT 的電壓表 V2 和測量 VIN 輸入電流的電流表 A1。
• 輸出負(fù)載：應(yīng)為電子恒阻模式負(fù)載，能夠在 1.2V 下提供 0A DC 至 6A DC 的負(fù)載。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器測量輸出紋波，設(shè)置為 1MΩ 阻抗、20MHz 帶寬、交流耦合、1μs/div 水平分辨率和 20mV/div 垂直分辨率。
• 風(fēng)扇：由于模塊中部分組件在運(yùn)行時(shí)可能接近 80°C，建議使用 200LFM 至 400LFM 的小風(fēng)扇降低組件溫度。
• 推薦線規(guī)：VIN 到 J2 的推薦線徑為 1x AWG #16，總長度小于 4 英尺；J5 到負(fù)載的最小推薦線徑為 1x AWG #16，總長度小于 4 英尺。

推薦測試設(shè)置

在靜電放電（ESD）工作站工作時(shí)，確保在給 EVM 通電前，將任何腕帶、鞋帶或墊子連接到接地參考點(diǎn)。具體連接如下：

• 輸入連接：連接直流輸入源（VIN）前，建議將源電流限制在最大 2A，初始將 VIN 設(shè)置為 0V 并連接到 J2，同時(shí)在 VIN 和 J2 之間連接電流表 A1 測量輸入電流，在 TP3（VIN）和 TP6（GND）連接電壓表 V1 測量輸入電壓。
• 輸出連接：將負(fù)載連接到 J5 并設(shè)置為恒阻模式，在 VIN 施加前將負(fù)載設(shè)置為吸收 0A DC，在 TP10（VOUT）和 TP8（GND）連接電壓表 V2 測量輸出電壓。
• 其他連接：按圖放置風(fēng)扇并開啟，確保空氣流過 EVM。

配置選項(xiàng)

所有跳線選擇應(yīng)在給 EVM 通電前完成，用戶可按以下配置進(jìn)行設(shè)置：

模式和軟啟動(dòng)時(shí)間選擇

過流保護(hù)（OCP）選擇

使能選擇

通過 J1 啟用或禁用轉(zhuǎn)換器，默認(rèn)設(shè)置為短路以禁用轉(zhuǎn)換器。

開關(guān)頻率選擇或外部時(shí)鐘同步

測試過程

線性/負(fù)載調(diào)節(jié)和效率測量

1. 按第 5 節(jié)和圖 5 - 2 設(shè)置 EVM。
2. 確保負(fù)載設(shè)置為恒阻模式并吸收 0A DC。
3. 確保所有跳線按第 6 節(jié)設(shè)置。
4. 將 VIN 從 0V 增加到 12V，使用 V1 測量 VIN 電壓。
5. 打開跳線 J1 啟用控制器。
6. 使用 V2 測量 VOUT 電壓，A1 測量 VIN 電流。
7. 將負(fù)載從 0A DC 變化到 6A DC，VOUT 應(yīng)保持在負(fù)載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
8. 將 VIN 從 8.0V 變化到 14V，VOUT 應(yīng)保持在線性調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
9. 短路跳線 J1 禁用控制器。
10. 將負(fù)載減小到 0A。
11. 將 VIN 減小到 0V。

控制環(huán)路增益和相位測量

TPS53313EVM - 078 在反饋環(huán)路中包含一個(gè) 10Ω 串聯(lián)電阻，用于環(huán)路響應(yīng)分析。具體步驟如下：

1. 按第 5 節(jié)和圖 5 - 2 設(shè)置 EVM。
2. 將隔離變壓器連接到標(biāo)記為 TP12 和 TP11 的測試點(diǎn)。
3. 將輸入信號幅度測量探頭（通道 A）連接到 TP12，輸出信號幅度測量探頭（通道 B）連接到 TP11。
4. 將通道 A 和通道 B 的接地引線連接到 TP13。
5. 通過隔離變壓器注入約 10mV 或更小的信號。
6. 以 10Hz 或更低的后置濾波器將頻率從 500Hz 掃描到 500kHz，測量控制環(huán)路增益和相位裕度。
7. 在進(jìn)行其他測量之前，將隔離變壓器從波特圖測試點(diǎn)斷開，因?yàn)榉答佒械男盘栕⑷肟赡軙蓴_其他測量的準(zhǔn)確性。

測試點(diǎn)列表

設(shè)備關(guān)機(jī)

測試完成后，按以下順序關(guān)機(jī)：

1. 關(guān)閉 VIN。
2. 關(guān)閉負(fù)載。
3. 關(guān)閉風(fēng)扇。

性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，包括效率、負(fù)載調(diào)節(jié)、線性調(diào)節(jié)、輸出瞬態(tài)、輸出紋波、開關(guān)節(jié)點(diǎn)、啟動(dòng)、關(guān)機(jī)、過流保護(hù)、同步、波特圖和熱成像等方面。這些曲線直觀地展示了 TPS53313EVM - 078 在不同條件下的性能表現(xiàn)，為工程師評估和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要參考。

EVM 組裝圖和 PCB 布局

文檔展示了 TPS53313EVM - 078 印刷電路板的設(shè)計(jì)，該 EVM 采用 4 層、2oz 銅電路板設(shè)計(jì)。通過組裝圖和 PCB 布局圖，工程師可以了解模塊的物理結(jié)構(gòu)和布線情況，有助于進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和調(diào)試。

材料清單

文檔列出了 EVM 的組件清單，包括電容、電阻、電感、連接器、測試點(diǎn)等組件的詳細(xì)信息，如數(shù)量、參考編號、描述、零件編號和制造商等。這為工程師進(jìn)行物料采購和模塊組裝提供了明確的指導(dǎo)。

總結(jié)

TPS53313EVM - 078 評估模塊為工程師提供了一個(gè)全面的平臺，用于評估 TPS53313 降壓轉(zhuǎn)換器的性能。通過詳細(xì)的測試設(shè)置、配置選項(xiàng)和測試過程，工程師可以深入了解該模塊在不同條件下的性能表現(xiàn)，為實(shí)際應(yīng)用中的電源設(shè)計(jì)提供有力支持。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是否會考慮使用 TPS53313 降壓轉(zhuǎn)換器？它的哪些特性最吸引你呢？歡迎在評論區(qū)分享你的想法。