TPS51218 Buck控制器評(píng)估模塊使用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。今天我們就來深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的TPS51218 Buck控制器評(píng)估模塊（TPS51218EVM），看看它能為我們帶來怎樣的電源解決方案。

文件下載：TPS51218EVM-496.pdf

一、模塊概述

TPS51218EVM旨在使用一個(gè)12V的穩(wěn)壓總線，產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的1.2V輸出，最大負(fù)載電流可達(dá)20A。該模塊專為在典型的低壓應(yīng)用中展示TPS51218的性能而設(shè)計(jì)，同時(shí)提供了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，方便我們?cè)u(píng)估TPS51218的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

典型應(yīng)用

這個(gè)評(píng)估模塊的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，包括服務(wù)器和臺(tái)式機(jī)電源的大電流系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器、交換機(jī)和路由器、嵌入式計(jì)算機(jī)、車載信息娛樂PC、POS終端、負(fù)載點(diǎn)模塊、顯卡以及工業(yè)控制/工廠自動(dòng)化PC等。

模塊特性

• 大電流輸出：支持20A的直流穩(wěn)態(tài)電流，能夠滿足大多數(shù)高負(fù)載設(shè)備的需求。
• 預(yù)偏置啟動(dòng)：支持預(yù)偏置輸出電壓?jiǎn)?dòng)，這在一些需要快速啟動(dòng)或有特殊電源要求的應(yīng)用中非常實(shí)用。
• 固定開關(guān)頻率：采用380kHz的開關(guān)頻率，有助于穩(wěn)定電源輸出。
• 功能選擇：通過J4實(shí)現(xiàn)使能功能，J3可進(jìn)行自動(dòng)跳過和強(qiáng)制CCM模式的選擇。
• 測(cè)試便利：提供方便的測(cè)試點(diǎn)，便于探測(cè)關(guān)鍵波形，方便我們進(jìn)行性能評(píng)估。

二、電氣性能規(guī)格

輸入特性

• 電壓范圍：輸入電壓范圍為8V - 14V，最大輸入電流在輸入電壓為8V、輸出電流為20A時(shí)為3.55A，無負(fù)載輸入電流在直流電壓為14V、輸出電流為0A時(shí)為50mA。

  輸出特性

• 輸出電壓：固定輸出電壓為1.2V。
• 電壓調(diào)節(jié)：線路調(diào)節(jié)（直流電壓在10V - 14V之間）和負(fù)載調(diào)節(jié)（直流電壓為12V、輸出電流在0A - 20A之間）均為1.0%。
• 輸出紋波：在輸入電壓為12V、輸出電流為20A時(shí)，輸出電壓紋波為40mVpp。
• 輸出負(fù)載電流：輸出負(fù)載電流范圍為0A - 20A，輸出過電流為30A。

  系統(tǒng)特性

• 開關(guān)頻率：380kHz。
• 效率：在輸入電壓為12V、輸出為1.2V/10A時(shí)，峰值效率為90.32%；在輸入電壓為12V、輸出為1.2V/20A時(shí)，滿載效率為88.64%。
• 工作溫度：25°C。

三、測(cè)試設(shè)置

測(cè)試設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源VIN必須是一個(gè)0V - 14V的可變直流源，能夠提供10A的直流電流。
• 萬用表：使用0V - 15V的電壓表測(cè)量輸入電壓VIN，使用0V - 5V的電壓表測(cè)量輸出電壓VOUT，使用0A - 10A的電流表測(cè)量輸入電流。
• 輸出負(fù)載：輸出負(fù)載必須是一個(gè)能夠在1.2V下提供0A - 30A直流電流的電子恒阻模式負(fù)載。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器測(cè)量輸出紋波，示波器需設(shè)置為1MΩ阻抗、20MHz帶寬、交流耦合、2μs/division水平分辨率和50mV/division垂直分辨率。
• 風(fēng)扇：由于評(píng)估模塊中的一些組件在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)發(fā)熱，接近60°C，因此建議使用一個(gè)能夠提供200 - 400LFM風(fēng)量的小風(fēng)扇來降低組件溫度。
• 推薦線規(guī)：對(duì)于VIN到J1的連接，推薦使用1×AWG 14的電線，總長(zhǎng)度小于4英尺；對(duì)于J2到負(fù)載的連接，最小推薦使用2×AWG 14的電線，總長(zhǎng)度也小于4英尺。

推薦測(cè)試設(shè)置

按照?qǐng)D4 - 2所示的推薦測(cè)試設(shè)置進(jìn)行連接。在ESD工作站工作時(shí)，確保在給評(píng)估模塊供電之前，將任何手腕帶、鞋帶或墊子連接到接地端。

配置

• EN J4設(shè)置：無跳線時(shí)使能控制器，J4上短接跳線則禁用控制器（默認(rèn)設(shè)置）。
• PWM J3設(shè)置：J3的2腳和3腳短接設(shè)置為自動(dòng)跳過模式（默認(rèn)設(shè)置），1腳和2腳短接設(shè)置為強(qiáng)制CCM模式。

  輸入連接

• 在連接直流輸入源VIN之前，建議將源電流限制在最大10A，并確保VIN初始設(shè)置為0V。
• 在TP6（VIN）和TP7（PGND）連接電壓表V1以測(cè)量輸入電壓。
• 連接電流表A1以測(cè)量輸入電流。

  輸出連接

• 將負(fù)載連接到J2，并在施加VIN之前將負(fù)載設(shè)置為恒阻模式，使其吸收0A直流電流。
• 在TP8（VOUT）和TP9（PGND）連接電壓表V2以測(cè)量輸出電壓。

  其他連接

  按照?qǐng)D4 - 2所示放置風(fēng)扇并開啟，確?？諝饬鬟^評(píng)估模塊。

四、測(cè)試程序

線路/負(fù)載調(diào)節(jié)和效率測(cè)量程序

1. 確保負(fù)載設(shè)置為恒阻模式并吸收0A直流電流。
2. 在施加VIN之前，確保評(píng)估模塊中用于短接J4的跳線已安裝。
3. 在施加VIN之前，確保評(píng)估模塊中用于短接J3的2腳和3腳的跳線已安裝。
4. 將VIN從0V增加到12V，使用V1測(cè)量輸入電壓。
5. 移除J4上的跳線以啟用控制器。
6. 將負(fù)載從0A變化到20A，輸出電壓VOUT必須保持在負(fù)載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
7. 將VIN從8V變化到14V，輸出電壓VOUT必須保持在線路調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
8. 在J4上安裝跳線以禁用控制器。
9. 將負(fù)載減小到0A。
10. 將VIN減小到0V。

測(cè)試點(diǎn)列表

設(shè)備關(guān)機(jī)

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

五、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中提供了TPS51218EVM的典型性能曲線，包括效率、負(fù)載調(diào)節(jié)、瞬態(tài)響應(yīng)、輸出紋波、開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓、開啟波形、關(guān)閉波形以及輸出1.1V預(yù)偏置開啟等方面。這些曲線能夠幫助我們直觀地了解評(píng)估模塊在不同條件下的性能表現(xiàn)。

六、EVM組裝圖和PCB布局

TPS51218EVM采用四層、2oz銅的電路板設(shè)計(jì)，文檔中展示了其印刷電路板的設(shè)計(jì)圖，包括頂層組裝圖、底層組裝圖、頂層銅層、內(nèi)部層1、內(nèi)部層2和底層等。了解這些布局信息有助于我們更好地進(jìn)行模塊的安裝和調(diào)試。

七、物料清單

文檔提供了評(píng)估模塊的物料清單，詳細(xì)列出了各個(gè)組件的數(shù)量、參考編號(hào)、描述和制造商部件編號(hào)等信息。這對(duì)于我們進(jìn)行模塊的維護(hù)和替換非常有幫助。

八、總結(jié)

TPS51218EVM是一款功能強(qiáng)大的評(píng)估模塊，為我們?cè)u(píng)估TPS51218 Buck控制器的性能提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)。通過合理的測(cè)試設(shè)置和測(cè)試程序，我們可以全面了解該控制器在不同條件下的性能表現(xiàn)。各位電子工程師們，你們?cè)谑褂妙愃圃u(píng)估模塊時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。