TPS53353 降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊使用指南

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是一種常見(jiàn)且關(guān)鍵的電路元件，用于將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓，以滿足不同電子設(shè)備的供電需求。德州儀器（Texas Instruments）的 TPS53353 降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（TPS53353EVM - 744）為工程師提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)，用于評(píng)估 TPS53353 芯片的性能。本文將詳細(xì)介紹該評(píng)估模塊的相關(guān)信息，包括其功能、性能參數(shù)、測(cè)試設(shè)置、配置方法以及測(cè)試流程等內(nèi)容。

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二、評(píng)估模塊概述

2.1 典型應(yīng)用

TPS53353EVM - 744 適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如服務(wù)器/存儲(chǔ)設(shè)備、工作站和臺(tái)式機(jī)以及電信基礎(chǔ)設(shè)施等。這些場(chǎng)景通常需要穩(wěn)定的低電壓電源供應(yīng)，而該評(píng)估模塊能夠滿足這一需求。

2.2 模塊特性

• 輸出電流：能夠提供高達(dá) 20A 的穩(wěn)態(tài)輸出電流，滿足高負(fù)載設(shè)備的供電要求。
• 預(yù)偏置啟動(dòng)：支持預(yù)偏置輸出電壓?jiǎn)?dòng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。
• 可配置參數(shù)：通過(guò)多個(gè)跳線（J5、J4、J2、J6）可以進(jìn)行開(kāi)關(guān)頻率、軟啟動(dòng)時(shí)間、工作模式以及使能功能的選擇。
• 測(cè)試點(diǎn)豐富：提供了方便的測(cè)試點(diǎn)，便于工程師探測(cè)關(guān)鍵波形，評(píng)估芯片性能。

三、電氣性能規(guī)格

3.1 輸入特性

• 電壓范圍：輸入電壓范圍為 8V 至 14V，最大輸入電流在輸入電壓為 8V 且輸出電流為 20A 時(shí)為 4.1A。在輸入電壓為 14V 且輸出電流為 0A（自動(dòng)跳過(guò)模式）時(shí)，無(wú)負(fù)載輸入電流僅為 1mA。

  3.2 輸出特性

• 輸出電壓：固定輸出電壓為 1.5V。
• 電壓調(diào)節(jié)：線路調(diào)節(jié)率（輸入電壓在 8V - 14V 變化時(shí)）為 0.1%，負(fù)載調(diào)節(jié)率（輸入電壓為 12V，輸出電流在 0A - 20A 變化時(shí)）為 1%。
• 輸出紋波：在輸入電壓為 12V 且輸出電流為 20A 時(shí)，輸出電壓紋波為 20mVpp。
• 輸出電流：輸出負(fù)載電流范圍為 0A 至 20A，輸出過(guò)流保護(hù)點(diǎn)為 26A。

  3.3 系統(tǒng)特性

• 開(kāi)關(guān)頻率：默認(rèn)開(kāi)關(guān)頻率為 500kHz。
• 效率：在輸入電壓為 12V，輸出為 1.5V/10A 時(shí)，峰值效率為 91.87%；在 1.5V/20A 滿載時(shí)，效率為 91.38%。
• 工作溫度：工作溫度為 25°C。

四、測(cè)試設(shè)置

4.1 測(cè)試設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源 (V_{IN}) 需為 0V 至 14V 的可變直流源，能夠提供 10A 的直流電流。
• 萬(wàn)用表：使用兩個(gè)萬(wàn)用表，V1 用于測(cè)量輸入電壓（連接在 TP1 和 TP2 之間），V2 用于測(cè)量輸出電壓（連接在 TP5 和 TP7 之間），A1 用于測(cè)量輸入電流。
• 輸出負(fù)載：輸出負(fù)載應(yīng)為電子恒阻模式負(fù)載，能夠在 1.5V 下提供 0A - 30A 的直流電流。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器測(cè)量輸出紋波，需設(shè)置為 1MΩ 阻抗、20MHz 帶寬、AC 耦合、2μs/division 水平分辨率和 50mV/division 垂直分辨率。
• 風(fēng)扇：由于評(píng)估模塊中的部分組件在運(yùn)行時(shí)溫度可能接近 60°C，建議使用一個(gè)風(fēng)量為 200 - 400LFM 的小風(fēng)扇來(lái)降低組件溫度。
• 推薦線規(guī)：輸入連接（(V_{IN}) 到 J1）推薦使用 1×AWG 14 規(guī)格的電線，總長(zhǎng)度小于 4 英尺；J3 到負(fù)載的連接，最小推薦使用 2×AWG 14 規(guī)格的電線，總長(zhǎng)度也小于 4 英尺。

4.2 推薦測(cè)試設(shè)置

在靜電放電（ESD）工作站進(jìn)行測(cè)試，確保在給評(píng)估模塊供電前，將任何腕帶、靴帶或墊子連接到接地端。具體連接步驟如下：

• 輸入連接：連接直流輸入源 (V{IN}) 前，建議將源電流限制在最大 10A，初始將 (V{IN}) 設(shè)置為 0V，按照?qǐng)D 4 - 2 進(jìn)行連接。連接電壓表 V1 測(cè)量輸入電壓，連接電流表 A1 測(cè)量輸入電流。
• 輸出連接：將負(fù)載連接到 J3，并在施加 (V_{IN}) 前將負(fù)載設(shè)置為恒阻模式，吸收 0A 電流。連接電壓表 V2 測(cè)量輸出電壓。
• 其他連接：按照?qǐng)D 4 - 2 放置風(fēng)扇并開(kāi)啟，確?？諝饬鬟^(guò)評(píng)估模塊。

五、配置方法

所有跳線選擇必須在給評(píng)估模塊供電前完成，用戶可以根據(jù)以下配置進(jìn)行操作：

5.1 開(kāi)關(guān)頻率選擇

使用 J5 設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率，默認(rèn)設(shè)置為 500kHz。不同的跳線設(shè)置對(duì)應(yīng)不同的電阻連接和開(kāi)關(guān)頻率，例如，將跳線設(shè)置在頂部（1 - 2 引腳短路）時(shí)，電阻連接為 0kΩ，開(kāi)關(guān)頻率為 250kHz。

5.2 軟啟動(dòng)選擇

使用 J4 設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間，默認(rèn)設(shè)置為 1.4ms。不同的跳線設(shè)置對(duì)應(yīng)不同的電阻連接和軟啟動(dòng)時(shí)間，如將跳線設(shè)置在頂部（1 - 2 引腳短路）時(shí)，電阻連接為 39.2kΩ，軟啟動(dòng)時(shí)間為 0.7ms。

5.3 模式選擇

使用 J6 設(shè)置 MODE 引腳，默認(rèn)設(shè)置為自動(dòng)跳過(guò)模式。將跳線設(shè)置在頂部（1 - 2 引腳短路）為自動(dòng)跳過(guò)模式，設(shè)置在第二檔（3 - 4 引腳短路）為強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式（FCCM）。

5.4 使能選擇

使用 J2 啟用或禁用控制器，默認(rèn)設(shè)置為 J2 上的跳線短路以禁用控制器。當(dāng) J2 上無(wú)跳線短路時(shí)，控制器啟用。

六、測(cè)試流程

6.1 線路和負(fù)載調(diào)節(jié)及效率測(cè)量流程

1. 按照第 4 節(jié)和圖 4 - 2 的描述設(shè)置評(píng)估模塊。
2. 確保負(fù)載設(shè)置為恒阻模式并吸收 0A 電流。
3. 確保所有跳線配置設(shè)置符合第 5 節(jié)的要求。
4. 在施加 (V_{IN}) 前，確保評(píng)估模塊中提供的跳線在 J2 上短路。
5. 使用 V1 測(cè)量輸入電壓，將 (V_{IN}) 從 0V 增加到 12V。
6. 移除 J2 上的跳線以啟用控制器。
7. 使用 V2 測(cè)量輸出電壓 (V_{OUT})。
8. 將負(fù)載從 0A 變化到 20A， (V_{OUT}) 必須保持在負(fù)載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
9. 將 (V{IN}) 從 8V 變化到 14V， (V{OUT}) 必須保持在線路調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
10. 將跳線放回 J2 以禁用控制器。
11. 將負(fù)載減小到 0A。
12. 將 (V_{IN}) 減小到 0V。

6.2 控制環(huán)路增益和相位測(cè)量流程

TPS53353EVM - 744 在反饋環(huán)路中包含一個(gè) 10Ω 的串聯(lián)電阻，用于環(huán)路響應(yīng)分析。具體步驟如下：

1. 按照第 4 節(jié)和圖 4 - 2 的描述設(shè)置評(píng)估模塊。
2. 將隔離變壓器連接到標(biāo)記為 TP10 和 TP11 的測(cè)試點(diǎn)。
3. 將輸入信號(hào)幅度測(cè)量探頭（通道 A）連接到 TP10，將輸出信號(hào)幅度測(cè)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 TP12。
5. 通過(guò)隔離變壓器注入約 40mV 或更小的信號(hào)。
6. 使用 10Hz 或更低的后置濾波器將頻率從 100Hz 掃描到 1MHz，即可測(cè)量控制環(huán)路增益和相位裕度。
7. 在進(jìn)行其他測(cè)量之前，從波特圖測(cè)試點(diǎn)斷開(kāi)隔離變壓器，因?yàn)樾盘?hào)注入到反饋中可能會(huì)干擾其他測(cè)量的準(zhǔn)確性。

6.3 測(cè)試點(diǎn)列表

6.4 設(shè)備關(guān)機(jī)

1. 關(guān)閉負(fù)載。
2. 關(guān)閉 (V_{IN})。
3. 關(guān)閉風(fēng)扇。

七、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)、線路調(diào)節(jié)、使能開(kāi)啟/關(guān)閉、輸出紋波、開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)、輸出瞬態(tài)響應(yīng)、輸出過(guò)流和短路保護(hù)、波特圖以及熱成像等曲線，這些曲線直觀地展示了 TPS53353EVM - 744 的性能表現(xiàn)。

八、EVM 組裝圖和 PCB 布局

TPS53353EVM - 744 的印刷電路板（PCB）采用 6 層、2oz 銅設(shè)計(jì)，文檔中提供了從頂層到底層的組裝圖和各層銅箔布局圖，有助于工程師了解模塊的物理結(jié)構(gòu)和布線情況。

九、物料清單

文檔列出了 TPS53353EVM - 744 的詳細(xì)物料清單，包括電容、電感、電阻、集成電路等元件的型號(hào)和數(shù)量，為工程師進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和維護(hù)提供了參考。

十、修訂歷史

從 2011 年 8 月的版本到 2021 年 11 月的版本，文檔進(jìn)行了一些更新，包括表格、圖形和交叉引用的編號(hào)格式更新、用戶指南標(biāo)題更新以及內(nèi)容編輯以提高清晰度。

通過(guò)上述內(nèi)容，工程師可以全面了解 TPS53353EVM - 744 評(píng)估模塊的使用方法和性能特點(diǎn)，從而更好地應(yīng)用該模塊進(jìn)行相關(guān)的電子設(shè)計(jì)和測(cè)試工作。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過(guò)類(lèi)似評(píng)估模塊使用過(guò)程中的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。