TPS54317EVM-159評(píng)估模塊：高效電源轉(zhuǎn)換的理想之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和可靠性至關(guān)重要。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的TPS54317EVM - 159評(píng)估模塊，它為工程師們提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)，用于評(píng)估TPS54317這款3A SWIFT?調(diào)節(jié)器的性能。

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一、模塊概述

TPS54317EVM - 159評(píng)估模塊是為了展示TPS54317調(diào)節(jié)器在小尺寸PCB設(shè)計(jì)中的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。TPS54317直流 - 直流轉(zhuǎn)換器能夠從3V至6V的輸入電壓源提供高達(dá)3A的輸出電流。它具有擴(kuò)展的工作頻率范圍，開關(guān)頻率標(biāo)稱設(shè)置為1100kHz，允許使用小尺寸的1.5μH輸出電感器。

1.1 背景信息

TPS54317集成了高端和低端MOSFET以及柵極驅(qū)動(dòng)電路，MOSFET較低的漏源導(dǎo)通電阻使得該器件能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。此外，補(bǔ)償組件位于IC外部，可實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出電壓和可定制的環(huán)路響應(yīng)。該器件還具備可編程欠壓鎖定、同步、可調(diào)開關(guān)頻率、使能和電源就緒等功能。

1.2 性能規(guī)格

1.3 模塊修改

該評(píng)估模塊具有許多可擴(kuò)展性，允許工程師進(jìn)行廣泛的修改：

• 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)：通過改變電阻R2的值，可以將輸出電壓設(shè)置在0.9V至2.5V的范圍內(nèi)。計(jì)算公式為：[R 2=10 k Omega × frac{0.891 V}{V_{O}-0.891 V}]。
• 開關(guān)頻率：開關(guān)頻率默認(rèn)設(shè)置為1100kHz，可通過改變電阻R4的值進(jìn)行調(diào)整，范圍在280kHz至1600kHz之間，計(jì)算公式為[f_{S}=frac{51 k Omega}{R 4}+4.7 k Omega]。也可以通過移除R4并使用跳線在三引腳頭J4上選擇350kHz或550kHz的內(nèi)部編程頻率。
• 輸入濾波器：板載電解輸入電容C1可根據(jù)應(yīng)用需求移除。
• 同步功能：該模塊可以同步到330kHz至700kHz的外部時(shí)鐘頻率。將同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)到SYNC引腳（J4的引腳2），并使用R4將自由運(yùn)行頻率設(shè)置為同步信號(hào)頻率的80%。
• 延長軟啟動(dòng)時(shí)間：通過在C5處添加電容可以延長軟啟動(dòng)時(shí)間，電容值計(jì)算公式為[5(mu F)=T_{S S}(m s) × frac{5 mu A}{1.2 V}]。
• 輸入電壓范圍：評(píng)估模塊設(shè)計(jì)為在標(biāo)稱3.3V ±0.2V的輸入電壓下工作，但TPS54317可在3V至6V的輸入電壓范圍內(nèi)工作。不過，在較高電壓下，電感紋波電流會(huì)增加，導(dǎo)致輸出紋波電壓升高，同時(shí)閉環(huán)交叉頻率會(huì)增加，相位裕度會(huì)減小。

二、測試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

2.2 效率

TPS54317EVM - 159的效率在負(fù)載電流約為0.6A時(shí)達(dá)到峰值，隨后隨著負(fù)載電流接近滿載而下降。在較高環(huán)境溫度下，由于MOSFET漏源電阻的溫度變化，效率會(huì)降低。此外，由于MOSFET的柵極和開關(guān)損耗，1100kHz時(shí)的效率略低于較低開關(guān)頻率時(shí)的效率。

2.3 輸出電壓調(diào)節(jié)

輸出電壓的負(fù)載調(diào)節(jié)和線性調(diào)節(jié)特性在環(huán)境溫度為25°C時(shí)進(jìn)行了測量。負(fù)載調(diào)節(jié)和線性調(diào)節(jié)的測量結(jié)果分別如圖2和圖3所示。

2.4 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

當(dāng)負(fù)載電流從額定最大負(fù)載的25%階躍到75%時(shí)，TPS54317EVM - 159的響應(yīng)如圖4所示，輸出電壓的總峰 - 峰電壓變化包括紋波和噪聲。

2.5 環(huán)路特性

在輸入電壓VIN = 3.3V時(shí)，TPS54317EVM - 159的環(huán)路響應(yīng)特性如圖5所示，展示了增益和相位圖。

2.6 輸出電壓紋波

在輸入電壓VIN = 3.3V、輸出電流為額定滿載3A時(shí)，輸出電壓紋波如圖6所示，電壓直接在輸出電容兩端測量。

2.7 輸入電壓紋波

輸入電壓紋波在輸入電壓VIN = 3.3V、輸出電流為額定滿載3A時(shí)進(jìn)行測量，結(jié)果如圖7所示。

2.8 上電過程

TPS54317EVM - 159的啟動(dòng)波形如圖8所示，頂部軌跡顯示VIN，底部軌跡顯示VOUT。當(dāng)輸入電壓達(dá)到內(nèi)部設(shè)置的欠壓鎖定（UVLO）閾值電壓時(shí)，軟啟動(dòng)序列開始。經(jīng)過延遲后，內(nèi)部參考電壓以內(nèi)部設(shè)置的軟啟動(dòng)速率線性上升至0.891V，輸出電壓上升至設(shè)定的1.8V。可以通過在JP2處使用跳線將SS/ENA連接到地來抑制輸出。

三、電路板布局

TPS54317EVM - 159的電路板布局采用了典型的用戶應(yīng)用方式。頂層和底層均為2.0oz銅層，頂層包含VIN、VOUT和VPHASE的主要電源走線，以及TPS54317其余引腳的連接和大面積的接地區(qū)域。底層包含接地和一些信號(hào)布線。頂層、底層和內(nèi)部接地走線通過多個(gè)過孔連接，其中6個(gè)過孔直接位于TPS54317器件下方，為PowerPAD?焊盤提供了到地的熱路徑。

輸入去耦電容（C1和C9）、偏置去耦電容（C4）和自舉電容（C3）都盡可能靠近IC放置。此外，補(bǔ)償組件也靠近IC，補(bǔ)償電路在調(diào)節(jié)點(diǎn)與輸出電壓相連，緊鄰高頻旁路輸出電容。

四、原理圖和物料清單

4.1 原理圖

TPS54317EVM - 159的原理圖如圖12所示，它清晰地展示了模塊的電路連接和信號(hào)流向，為工程師進(jìn)行電路分析和故障排查提供了重要依據(jù)。

4.2 物料清單

綜上所述，TPS54317EVM - 159評(píng)估模塊為工程師提供了一個(gè)全面的平臺(tái)，用于評(píng)估TPS54317調(diào)節(jié)器的性能和功能。其可擴(kuò)展性和詳細(xì)的測試結(jié)果為電源管理設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似電源模塊的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。