TPS53513降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊使用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。TPS53513EVM - PWR587評(píng)估模塊作為一款重要的降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估工具，為工程師們提供了一個(gè)便捷的測試和驗(yàn)證平臺(tái)。下面將詳細(xì)介紹該評(píng)估模塊的相關(guān)內(nèi)容。

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一、引言

TPS53513EVM - PWR587評(píng)估模塊采用了TPS53513器件，這是一款具有D - CAP3?模式的8A同步降壓轉(zhuǎn)換器，集成了MOSFET。它能夠在12V輸入總線的情況下，提供高達(dá)8A的1.2V固定輸出。

二、模塊描述

典型應(yīng)用

該評(píng)估模塊適用于多種場景，包括服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備、工作站和桌面電腦以及電信基礎(chǔ)設(shè)施等。這些應(yīng)用場景對(duì)電源的穩(wěn)定性和效率都有較高的要求，而TPS53513EVM - PWR587正好能夠滿足這些需求。

模塊特性

1. 輸出電流：具備8A的直流穩(wěn)態(tài)輸出電流，能夠滿足大多數(shù)低電壓應(yīng)用的負(fù)載需求。
2. 啟動(dòng)特性：支持預(yù)偏置輸出電壓啟動(dòng)，這在一些特殊的應(yīng)用場景中非常實(shí)用。
3. 功能接口：設(shè)有J2用于使能功能，J5用于自動(dòng)跳過和強(qiáng)制CCM模式選擇，J7可提供額外的5V輸入以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)能目的。
4. 測試便利性：提供了方便的測試點(diǎn)，便于探測關(guān)鍵波形，有助于工程師對(duì)模塊性能進(jìn)行評(píng)估。

三、電氣性能規(guī)格

輸入特性

• 電壓范圍：輸入電壓范圍為5V - 18V，在常見的電源輸入范圍內(nèi)都能正常工作。
• 最大輸入電流：當(dāng)輸入電壓為5V，輸出電流為8A時(shí)，最大輸入電流為2.5A。
• 無負(fù)載輸入電流：在輸入電壓為12V且輸出電流為0A的自動(dòng)跳過模式下，無負(fù)載輸入電流僅為1mA，體現(xiàn)了良好的節(jié)能特性。

輸出特性

• 輸出電壓：固定輸出電壓為1.2V。
• 電壓調(diào)節(jié)：在不同的輸入電壓和負(fù)載電流條件下，輸出電壓的調(diào)節(jié)性能良好。例如，在5V - 14V輸入電壓范圍和0A - 8A負(fù)載電流范圍內(nèi)，線路調(diào)節(jié)率為0.2%，負(fù)載調(diào)節(jié)率為0.5%。
• 輸出電壓紋波：在輸入電壓為12V，輸出電流為8A的情況下，輸出電壓紋波為10mVPP。
• 輸出負(fù)載電流：輸出負(fù)載電流范圍為0A - 8A，最大輸出過電流為11A。
• 軟啟動(dòng)：軟啟動(dòng)時(shí)間為1ms，有助于減少啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊。

系統(tǒng)特性

• 開關(guān)頻率：開關(guān)頻率為1000kHz，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。
• 效率：在輸入電壓為12V，輸出為1.2V / 4A時(shí)，峰值效率為88.5%；在1.2V / 8A滿載時(shí)，效率為86.9%。
• 工作溫度：工作溫度為25°C。

四、測試設(shè)置

測試設(shè)備

1. 電壓源：輸入電壓源 (V{IN}) 需為0V - 14V的可變直流源，能夠提供10A的直流電流。將 (V{IN}) 連接到J1。
2. 萬用表：使用兩個(gè)萬用表，V1用于測量 (V{IN})（在TP1和TP4之間），V2用于測量 (V{OUT})（在TP7和TP9之間）。
3. 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1.2V下承受15A的直流電流。
4. 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、AC耦合、1μs / div水平分辨率和20mV / div垂直分辨率。通過將示波器探頭尖端置于TP7，接地端置于TP9來測量輸出紋波電壓。

推薦測試設(shè)置

輸入連接

在連接直流輸入源 (V{IN}) 之前，建議將源電流限制在最大10A。確保 (V{IN}) 初始設(shè)置為0V，并按照?qǐng)D5 - 2進(jìn)行連接。同時(shí)，在TP1（ (V_{IN}) ）和TP2（GND）處連接電壓表V1以測量輸入電壓。

輸出連接

將負(fù)載連接到J3，并在施加 (V{IN}) 之前將負(fù)載設(shè)置為恒阻模式以吸收0A的直流電流。在TP7（ (V{OUT}) ）和TP9（GND）處連接電壓表V2以測量輸出電壓。

五、配置

開關(guān)頻率選擇

開關(guān)頻率可以根據(jù)表6 - 1進(jìn)行更改，默認(rèn)設(shè)置為1MHz。通過改變R3和R4的阻值，可以實(shí)現(xiàn)不同的開關(guān)頻率設(shè)置。

模式選擇

MODE可以通過J5進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置為FCCM。不同的跳線設(shè)置對(duì)應(yīng)不同的模式，如1 - 2引腳短路為FCCM（2× RC時(shí)間常數(shù)），3 - 4引腳短路為強(qiáng)制CCM（1× RC時(shí)間常數(shù)）等。

VDD引腳電源選擇

控制器可以通過J7進(jìn)行啟用和禁用，默認(rèn)設(shè)置為VDD引腳通過R19連接到 (V_{IN}) 引腳。J7需要合適的輸入電壓進(jìn)行上電，VDD引腳的輸入電壓范圍為4.5V - 25V。

六、測試程序

線路/負(fù)載調(diào)節(jié)和效率測量程序

1. 按照第5節(jié)和圖5 - 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的直流電流。
3. 按照第6節(jié)的要求設(shè)置所有跳線。
4. 在施加 (V_{IN}) 之前，確保評(píng)估模塊中提供的跳線在J2上短路。
5. 將 (V_{IN}) 從0V增加到12V，使用V1測量輸入電壓。
6. 移除J2上的跳線以啟用控制器。
7. 使用V2測量 (V_{OUT}) 電壓。
8. 將負(fù)載從0A變化到10A， (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. 將跳線放在J2上以禁用轉(zhuǎn)換器。
11. 將負(fù)載減小到0A。
12. 將 (V_{IN}) 減小到0V。

控制環(huán)路增益和相位測量程序

TPS53513EVM - PWR587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。

1. 按照第5節(jié)和圖5 - 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TP5和TP8的測試點(diǎn)。
3. 將輸入信號(hào)幅度測量探頭（通道A）連接到TP10，將輸出信號(hào)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TP15。
5. 通過隔離變壓器注入約20mV或更小的信號(hào)。
6. 以10Hz或更低的后置濾波器將頻率從100Hz掃描到1MHz，可測量控制環(huán)路增益和相位裕度。
7. 在進(jìn)行其他測量之前，從波特圖測試點(diǎn)斷開隔離變壓器（反饋中的信號(hào)注入可能會(huì)干擾其他測量的準(zhǔn)確性）。

測試點(diǎn)列表

設(shè)備關(guān)機(jī)

測試結(jié)束后，先關(guān)閉負(fù)載，然后關(guān)閉 (V_{IN})。

七、EVM組裝圖和PCB布局

TPS53513EVM - PWR587印刷電路板采用4層、2oz銅電路板設(shè)計(jì)，文中提供了從頂層到底層的多個(gè)組裝圖和銅層圖，有助于工程師了解模塊的結(jié)構(gòu)和布局。

八、材料清單

詳細(xì)列出了評(píng)估模塊中各個(gè)元件的設(shè)計(jì)符號(hào)、數(shù)量、值、描述、封裝、參考零件編號(hào)和制造商等信息，方便工程師進(jìn)行元件的采購和替換。

九、修訂歷史

記錄了從修訂版A（2013年12月）到修訂版C（2021年11月）的修訂內(nèi)容，包括用戶指南標(biāo)題的更改、表格和圖形編號(hào)格式的更新以及文檔的編輯等。

通過以上對(duì)TPS53513EVM - PWR587評(píng)估模塊的詳細(xì)介紹，相信工程師們能夠更好地了解和使用該模塊，為電子設(shè)計(jì)工作提供有力的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，大家可以根據(jù)具體需求對(duì)模塊進(jìn)行靈活配置和測試，以達(dá)到最佳的性能表現(xiàn)。你在使用該評(píng)估模塊的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。