TPS54336EVM - 556 3 - A 調(diào)節(jié)器評(píng)估模塊深度解析

一、引言

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。今天我們要深入探討的是德州儀器（Texas Instruments）的 TPS54336EVM - 556 3 - A 調(diào)節(jié)器評(píng)估模塊。這個(gè)評(píng)估模塊不僅能幫助我們了解 TPS54336 直流 - 直流轉(zhuǎn)換器的特性，還能為實(shí)際設(shè)計(jì)提供重要參考。

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1.1 背景知識(shí)

TPS54336 是一款設(shè)計(jì)用于從 4.5V 至 28V 的輸入電壓源提供高達(dá) 3A 輸出的直流 - 直流轉(zhuǎn)換器。評(píng)估模塊的額定輸入電壓范圍為 8V 至 28V，輸出電流范圍為 0A 至 3A。其內(nèi)部開關(guān)頻率標(biāo)稱設(shè)置為 340kHz，內(nèi)部集成了高端和低端 MOSFET 以及柵極驅(qū)動(dòng)電路。MOSFET 較低的漏源導(dǎo)通電阻使得 TPS54336 能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并有助于在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。補(bǔ)償組件位于集成電路外部，通過外部分壓器可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)。此外，TPS54336 還提供了可調(diào)的軟啟動(dòng)和欠壓鎖定輸入功能，其絕對(duì)最大輸入電壓為 30V。

1.2 性能規(guī)格總結(jié)

1.3 模塊修改

這個(gè)評(píng)估模塊為我們提供了訪問 TPS54336 特性的途徑，并且可以進(jìn)行一些修改。

• 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)：通過改變電阻 R8 的值可以調(diào)整輸出電壓，計(jì)算公式為 (R 8=frac{R 7 × 0.8 V}{V_{OUT }-0.8 V})，其中 R7 通常取 100kΩ。不同輸出電壓對(duì)應(yīng)的 R8 值如下表所示：	輸出電壓 (V)	R7 值 (kΩ)	R8 值 (kΩ)
  1.2	100	200
  1.8	100	80.6
  2.5	100	47.5
  3.3	100	32.4
  5.0	100	19.1

• 可調(diào)欠壓鎖定（UVLO）：可以通過外部電阻 R1 和 R2 調(diào)整欠壓鎖定功能。計(jì)算公式為 (R 2=frac{R 1 × V{ENFALLING }}{V{STOP }-V{ENFALLING }+R 1left(l{p}+l{h}right)}) 和 (R 1=frac{V{START }left(frac{V{ENFALLING }}{V{ENRISHING }}right)-V{STOP }}{I{p}left(1-frac{V{ENFALLING }}{V{ENRISHING }}right)+I{h}})，其中 (I{p}=1.15 mu A)，(I{h}=3.3 mu A)，(V{ENFALLING }=1.17 V)，(V_{ENRISING }=1.21 V)。評(píng)估模塊默認(rèn)使用 (R 1=220 k Omega) 和 (R 2=43.2 k Omega) 設(shè)置啟動(dòng)電壓為 7.12V，停止電壓為 6.12V。
• 可調(diào)軟啟動(dòng)：TPS54336 具有可調(diào)軟啟動(dòng)功能，軟啟動(dòng)時(shí)間可以通過電容 C3 進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算公式為 (C 3(nF)=frac{T{S S}(m sec) × I{S S}(mu A)}{V{R E F}(V)})，其中 (I{SS}=2.3 μA)，(V_{REF}=0.8 V)。

二、測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

TPS54336EVM - 556 配備了輸入/輸出連接器和測(cè)試點(diǎn)。需要使用能夠提供 2A 電流的電源通過一對(duì) 20 - AWG 電線連接到 J1，負(fù)載則通過一對(duì) 20 - AWG 電線連接到 J4，負(fù)載的最大電流能力至少為 4A 才能充分發(fā)揮該評(píng)估模塊的性能。同時(shí)，要盡量減小電線長(zhǎng)度以降低線路損耗。測(cè)試點(diǎn) TP1 用于監(jiān)測(cè) (V_{IN}) 輸入電壓，TP2 作為接地參考；TP6 用于監(jiān)測(cè)輸出電壓，TP7 作為接地參考。

2.2 效率

該評(píng)估模塊的效率在負(fù)載電流約為 0.5A - 1A 時(shí)達(dá)到峰值，隨后隨著負(fù)載電流接近滿載而下降。在環(huán)境溫度為 25°C 時(shí)，不同輸入電壓下的效率曲線如圖所示。需要注意的是，由于內(nèi)部 MOSFET 的漏源電阻隨溫度變化，在較高環(huán)境溫度下效率可能會(huì)降低。

2.3 輸出電壓負(fù)載調(diào)整率

輸出電壓負(fù)載調(diào)整率反映了在不同負(fù)載電流下輸出電壓的變化情況。在環(huán)境溫度為 25°C 時(shí)，測(cè)量結(jié)果表明，當(dāng) (V_{IN}=24V) 時(shí)，負(fù)載調(diào)整率在規(guī)定范圍內(nèi)。

2.4 輸出電壓線性調(diào)整率

線性調(diào)整率體現(xiàn)了輸入電壓變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性。在 (I_{OUT}=1.5A) 且輸入電壓在 5V 至 30V 范圍內(nèi)變化時(shí)，線性調(diào)整率保持在一定范圍內(nèi)。

2.5 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)試展示了評(píng)估模塊在負(fù)載電流突然變化時(shí)的響應(yīng)能力。當(dāng)輸入電壓為 24V，負(fù)載電流從 25% 到 75% 額定負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓的總峰 - 峰電壓變化包括紋波和噪聲。

2.6 環(huán)路特性

環(huán)路特性測(cè)試通過增益和相位圖展示了評(píng)估模塊的環(huán)路響應(yīng)特性。在 (V_{IN}=24V) 且負(fù)載電流為 1.5A 時(shí)，測(cè)量得到的環(huán)路帶寬和相位裕度符合規(guī)格要求。

2.7 輸出電壓紋波

分別測(cè)試了滿載、輕載和跳模式下的輸出電壓紋波。在 (V_{IN}=24V) 時(shí)，直接在輸出電容兩端測(cè)量紋波電壓。

2.8 輸入電壓紋波

在輸出電流為額定滿載 3A 且 (V_{IN}=24V) 時(shí)，測(cè)量輸入電容兩端的輸入電壓紋波。

2.9 上電過程

上電過程的波形展示了輸出電壓在輸入電壓達(dá)到欠壓鎖定閾值或使能信號(hào)達(dá)到閾值時(shí)的上升情況。

2.10 下電過程

下電過程的波形展示了輸出電壓在輸入電壓低于欠壓鎖定停止閾值或使能信號(hào)被拉低時(shí)的下降情況。

三、電路板布局

3.1 布局特點(diǎn)

TPS54336EVM - 556 的電路板布局采用了典型的用戶應(yīng)用方式。頂層和底層為 2 - oz 銅層，頂層包含 (V{IN})、(V{out}) 和 VPHASE 的主要功率走線，以及 TPS54336 其余引腳的連接和大面積的接地區(qū)域。為了將主輸入旁路電容盡可能靠近 (V{IN}) 和 GND 引腳放置，VPHASE 走線在引腳 3 連接處立即路由到底層，在 L1 電感和 C4 自舉電容處再路由回頂層。底層包含接地平面和 VPHASE 的銅填充區(qū)域，以及連接電壓設(shè)定點(diǎn)分壓器上電阻到 J2 輸出連接器調(diào)節(jié)點(diǎn)的蝕刻走線，和連接欠壓鎖定設(shè)定點(diǎn)分壓器網(wǎng)絡(luò)上電阻到 (V{IN}) 的走線。頂層接地區(qū)域通過多個(gè)過孔連接到底層和內(nèi)部接地平面，包括 TPS54336 器件正下方的四個(gè)過孔，以提供從頂層接地區(qū)域到底層和內(nèi)部接地平面的熱路徑。輸入去耦電容（C2 和 C1）和自舉電容（C4）都盡可能靠近集成電路放置，電壓設(shè)定點(diǎn)電阻分壓器組件也靠近集成電路。此外，PWR556 PCB 設(shè)計(jì)為可同時(shí)容納 TPS54335 和 TPS54336，對(duì)于 TPS54335 使用 RT 電阻 R3，對(duì)于 TPS54336 使用 C3 來設(shè)置可調(diào)軟啟動(dòng)時(shí)間。根據(jù)評(píng)估模塊與輸入電源的連接情況，可能需要額外的輸入大容量電容。

四、原理圖與物料清單

4.1 原理圖

原理圖清晰地展示了 TPS54336EVM - 556 的電路連接，包括各個(gè)元件的連接方式和信號(hào)流向。

4.2 物料清單

物料清單詳細(xì)列出了評(píng)估模塊所使用的各個(gè)元件的型號(hào)、參數(shù)、數(shù)量和制造商等信息，為實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了準(zhǔn)確的參考。

總之，TPS54336EVM - 556 評(píng)估模塊在電源管理設(shè)計(jì)中具有重要的參考價(jià)值。通過對(duì)其性能的測(cè)試和分析，我們可以更好地了解 TPS54336 轉(zhuǎn)換器的特性，為實(shí)際應(yīng)用中的電源設(shè)計(jì)提供有力支持。在使用該評(píng)估模塊時(shí)，一定要嚴(yán)格遵循相關(guān)的安全和使用說明，確保測(cè)試和設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中有沒有遇到過類似電源模塊的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。