TPS54073EVM - 098評(píng)估模塊：14安培SWIFT?調(diào)節(jié)器的全面解析

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的電源調(diào)節(jié)器評(píng)估模塊至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一下TPS54073EVM - 098評(píng)估模塊，看看它的性能、特點(diǎn)以及如何在實(shí)際設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用和調(diào)整。

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一、模塊概述

TPS54073EVM - 098是一款用于評(píng)估TPS54073直流 - 直流轉(zhuǎn)換器的模塊。TPS54073能在2.2V至4.0V的輸入電壓下提供高達(dá)14A的輸出電流。該模塊旨在展示使用TPS54073調(diào)節(jié)器時(shí)可實(shí)現(xiàn)的小PCB面積設(shè)計(jì)，但并不代表使用該器件設(shè)計(jì)時(shí)所能達(dá)到的最高效率。其開(kāi)關(guān)頻率標(biāo)稱(chēng)設(shè)置為700kHz，允許使用小尺寸的2.2μH輸出電感器。

1.1 背景信息

1.2 性能規(guī)格總結(jié)

1.3 模塊的可修改特性

該評(píng)估模塊具有許多可進(jìn)行廣泛修改的特性，以下是一些常見(jiàn)的修改方式：

• 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)：要改變EVM的輸出電壓，需改變電阻R2的值。輸出電壓可在0.9V至2.5V范圍內(nèi)變化，R2的值可通過(guò)公式 (R 2 = 10 k Omega × frac{0.891 V}{V_{O}-0.891 V}) 計(jì)算。常見(jiàn)輸出電壓對(duì)應(yīng)的R2值如下：	Output Voltage (V)	R2 Value (Ω)
  1.0	82.3 k
  1.2	28.7 k
  1.5	14.7 k
  1.8	9.76 k
  2.5	5.49 k

• 開(kāi)關(guān)頻率：EVM的開(kāi)關(guān)頻率通過(guò)將R4設(shè)置為71.5kΩ設(shè)定為700kHz。可通過(guò)改變R4的值將開(kāi)關(guān)頻率調(diào)整到280kHz至700kHz之間，公式為 (f_{SW}=frac{100 k Omega}{R 2} × 500(kHz))。也可移除R4，使用三針接頭J4上的跳線選擇350kHz或550kHz的操作頻率。需要注意的是，降低開(kāi)關(guān)頻率會(huì)增加輸出紋波，除非增加L1的值。
• 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。
• 分離輸入電壓軌：TPS54073有兩個(gè)輸入電壓軌PVIN和VIN。正常操作時(shí)，兩個(gè)輸入電壓按表1在J1和J2連接器處施加。也可通過(guò)在連接器J1施加3.0V至4.0V的單一電源，并在JP1上安裝跳線來(lái)操作EVM。
• 同步功能：TPS54073EVM - 098可同步到外部時(shí)鐘頻率，同步頻率范圍為330kHz至700kHz。將同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)到SYNC引腳（連接到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(zhǎng)軟啟動(dòng)時(shí)間：可通過(guò)改變C5的值來(lái)延長(zhǎng)軟啟動(dòng)時(shí)間，C5的值可根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算。
• 輸出預(yù)充電：連接器J6用于施加外部預(yù)充電電壓到輸出。但要注意預(yù)充電電壓不能超過(guò)最終設(shè)定的輸出電壓，否則TPS54073無(wú)法正常啟動(dòng)。

二、測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

2.2 效率

TPS54073EVM - 098的效率在負(fù)載電流約為2A時(shí)達(dá)到峰值，然后隨著負(fù)載電流接近滿(mǎn)載而降低。環(huán)境溫度升高會(huì)因MOSFET漏源電阻的溫度變化而降低效率，且700kHz的開(kāi)關(guān)頻率下效率略低于較低開(kāi)關(guān)頻率，這是由于MOSFET的柵極和開(kāi)關(guān)損耗。

2.3 輸出電壓調(diào)節(jié)

輸出電壓的負(fù)載調(diào)節(jié)率和線性調(diào)節(jié)率在環(huán)境溫度為25°C時(shí)進(jìn)行測(cè)量，相關(guān)數(shù)據(jù)可通過(guò)對(duì)應(yīng)的圖表查看。

2.4 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

TPS54073EVM - 098對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)表現(xiàn)為電流從額定最大負(fù)載的25%躍變到75%時(shí)，輸出電壓的總峰 - 峰變化，包括紋波和噪聲。

2.5 環(huán)路特性

在PVIN電壓為2.2V和4.0V時(shí)，分別展示了TPS54073EVM - 098的環(huán)路響應(yīng)特性，包括增益和相位圖。

2.6 輸出電壓紋波

在輸入電壓PVIN = VIN = 3.3V、輸出電流為額定滿(mǎn)載14A的情況下，測(cè)量了輸出電壓紋波。

2.7 輸入電壓紋波

同樣在輸入電壓PVIN = VIN = 3.3V、輸出電流為額定滿(mǎn)載14A時(shí)，測(cè)量了輸入電壓紋波。

2.8 上電過(guò)程

展示了TPS54073EVM - 098的啟動(dòng)波形，包括輸出電壓相對(duì)于VIN和SS/ENA的變化情況。啟動(dòng)過(guò)程涉及輸入電壓充電、輸出預(yù)充電、內(nèi)部參考電壓上升以及開(kāi)關(guān)開(kāi)始等步驟。

三、電路板布局

TPS54073EVM - 098的電路板布局包括頂層、底層和兩個(gè)內(nèi)部接地層，均采用2.0oz銅。頂層包含VIN、VOUT和VPHASE的主電源走線，以及TPS54073其余引腳的連接和大面積接地。底層包含接地和VOUT銅區(qū)以及一些信號(hào)布線。兩個(gè)內(nèi)部層為專(zhuān)用接地層，通過(guò)多個(gè)過(guò)孔連接頂層、底層和內(nèi)部接地走線，包括在TPS54073器件正下方的10個(gè)過(guò)孔，以提供從PowerPAD焊盤(pán)到地的熱路徑。輸入去耦電容、偏置去耦電容、自舉電容和補(bǔ)償組件都盡可能靠近IC放置，補(bǔ)償電路連接到調(diào)節(jié)點(diǎn)的輸出電壓，靠近高頻旁路輸出電容。

四、原理圖和物料清單

4.1 原理圖

TPS54073EVM - 098的原理圖展示了其電路連接和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。

4.2 物料清單

物料清單詳細(xì)列出了模塊所使用的各種元件，包括電容、電阻、電感、連接器、測(cè)試點(diǎn)、IC等的規(guī)格和型號(hào)。

在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師可以根據(jù)具體需求對(duì)TPS54073EVM - 098進(jìn)行靈活調(diào)整和優(yōu)化。例如，根據(jù)不同的輸出電壓要求調(diào)整R2的值，或者根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性需求調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率等。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)類(lèi)似模塊的一些特殊問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。