深入解析TPS54372EVM - 215評(píng)估模塊

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和特性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的TPS54372EVM - 215評(píng)估模塊，了解其性能、特點(diǎn)以及使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

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1. 模塊概述

TPS54372EVM - 215評(píng)估模塊采用了TPS54372跟蹤/終止同步降壓調(diào)節(jié)器，能夠從標(biāo)稱3.3V或5V的輸入提供輸出電壓 (V{TTQ})，且 (V{TTQ}) 為 (V_{DDQ}) 電壓的一半。該模塊的額定輸入電壓范圍為3V至6V，輸出電流范圍為 - 3A至3A。其設(shè)計(jì)旨在展示使用TPS54372調(diào)節(jié)器時(shí)可實(shí)現(xiàn)的小PCB面積。開(kāi)關(guān)頻率標(biāo)稱設(shè)置為700kHz，允許使用小尺寸的1.0μH輸出電感器。此外，TPS54372的MOSFET集成在封裝內(nèi)部，無(wú)需外部MOSFET及其相關(guān)驅(qū)動(dòng)器，低的漏源導(dǎo)通電阻使模塊具有高效率，并有助于在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。外部補(bǔ)償組件則為選擇輸出濾波組件電壓和定制環(huán)路響應(yīng)提供了靈活性。

2. 性能規(guī)格

2.1 輸入輸出范圍

2.2 詳細(xì)性能指標(biāo)

在環(huán)境溫度為25°C的條件下，TPS54372EVM - 215的性能規(guī)格如下：

• 線性調(diào)整率：在 (I_O = 0 - 6A) 時(shí)，為2.3mV。
• 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)：當(dāng) (I_O) 從2.25A到0A，(t_f = 1μs) 時(shí)，為50μs。
• 開(kāi)關(guān)頻率：在 (V_1 = 3V) 時(shí)為85kHz，部分情況為130kHz。
• 輸出紋波電壓：在20MHz帶寬限制下，為18 - 130mVPP。
• 最大效率：可達(dá)83.4%。

3. 模塊修改

3.1 輸出電壓設(shè)置

通過(guò)改變J3處的 (V{DDQ}) 電壓輸入，可將輸出電壓 (V{TTQ}) 設(shè)置在 (V1) 的6%至1.75V范圍內(nèi)，且 (V{TTQ}) 會(huì)跟蹤 (V_{DDQ}) 電壓的一半。下限由TPS54372的最小導(dǎo)通時(shí)間設(shè)定，上限由內(nèi)部電壓參考設(shè)定。雖然使用TPS54372的設(shè)計(jì)中可實(shí)現(xiàn)高達(dá) (V_1) 的90%的更大輸出電壓，但該評(píng)估模塊不支持。

3.2 開(kāi)關(guān)頻率調(diào)整

通過(guò)改變R5的值，可將開(kāi)關(guān)頻率調(diào)整到280kHz至700kHz之間。降低開(kāi)關(guān)頻率會(huì)增加輸出紋波，除非增加L1的值。頻率與電阻值的關(guān)系可參考圖1 - 1（頻率微調(diào)電阻選擇圖）。

4. 測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

4.1 輸入輸出連接

SLVP215有六個(gè)輸入輸出連接點(diǎn)，包括輸入、輸入返回、輸出 (V{TTQ})、輸出返回、跟蹤輸入 (V{DDQ}) 和跟蹤輸入返回。應(yīng)使用能夠提供5A的電源通過(guò)一對(duì)20AWG電線連接到J1，負(fù)載通過(guò)一對(duì)20AWG電線連接到J2，最大負(fù)載電流為±3A。測(cè)試點(diǎn)TP7可方便連接示波器電壓探頭以監(jiān)測(cè)輸出電壓。

4.2 效率

SLVP215的效率在負(fù)載電流約為1.5A時(shí)達(dá)到峰值，隨后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。在環(huán)境溫度為25°C、5V輸入的情況下，效率如圖2 - 2所示。由于MOSFET的漏源電阻隨溫度變化，環(huán)境溫度升高時(shí)效率會(huì)降低。此外，由于MOSFET的柵極和開(kāi)關(guān)損耗，700kHz時(shí)的效率略低于較低開(kāi)關(guān)頻率時(shí)的效率。

4.3 功率耗散

PWP封裝的低結(jié)殼熱阻和良好的電路板布局，使SLVP215評(píng)估模塊在輸出額定滿載電流時(shí)能保持安全的結(jié)溫。在5V輸入源和3A負(fù)載的情況下，結(jié)溫約為60°C，殼溫約為55°C。25°C時(shí)的總電路板損耗如圖2 - 3所示。

4.4 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)分別如圖2 - 4和圖2 - 5所示，測(cè)量是在環(huán)境溫度為25°C的條件下進(jìn)行的。

4.5 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

SLVP215對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)如圖2 - 6和圖2 - 7所示，圖2 - 6中的電流階躍為0至2.25A，圖2 - 7中的電流階躍為 - 1.5A至1.5A（從吸收到提供），輸出的總峰 - 峰電壓變化包括紋波和噪聲。

4.6 環(huán)路特性

SLVP215的環(huán)路響應(yīng)特性如圖2 - 8和圖2 - 9所示，展示了在最小和最大工作電壓下的增益和相位圖，輸出電流為1.5A。

4.7 輸出電壓紋波和輸入電壓紋波

輸出電壓紋波和輸入電壓紋波分別如圖2 - 10和圖2 - 11所示，輸入電壓為5V，輸出電流為額定滿載電流3A。

4.8 啟動(dòng)

SLVP215的啟動(dòng)電壓波形如圖2 - 12所示，輸入電壓超過(guò)2.9V啟動(dòng)電壓閾值后，約有9ms的延遲，輸出電壓才開(kāi)始上升到最終值1.25V。輸出電壓跟蹤內(nèi)部和外部慢啟動(dòng)電壓中的較大值，這解釋了斜坡率的變化。

5. 電路板布局

SLVP215的電路板布局如圖3 - 1至圖3 - 3所示。其布局方式類似于典型應(yīng)用中的層疊結(jié)構(gòu)，頂層和底層為1.5oz銅。頂層包含 (V_I)、(VO)、(V{phase}) 的主電源走線，以及TPS54372其余引腳的連接和大面積的接地區(qū)域。底層完全是接地平面，通過(guò)過(guò)孔與頂層接地區(qū)域相連，包括TPS54372器件正下方的10個(gè)過(guò)孔，為PowerPAD焊盤(pán)提供到地的熱路徑。輸入去耦電容（C4和C8）、偏置去耦電容（C9）和自舉電容（C6）都盡可能靠近IC放置，補(bǔ)償組件也靠近IC，以減少噪聲拾取。補(bǔ)償電路在調(diào)節(jié)點(diǎn)連接到輸出電壓，并通過(guò)寬走線連接到輸出連接器（J2）。

6. 原理圖和物料清單

6.1 原理圖

SLVP215的原理圖如圖4 - 1所示，它清晰地展示了模塊的電路結(jié)構(gòu)和元件連接方式。

6.2 物料清單

7. 注意事項(xiàng)

7.1 操作范圍

務(wù)必在EVM用戶指南規(guī)定的輸入和輸出電壓范圍內(nèi)操作該評(píng)估模塊。超過(guò)指定的輸入范圍可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)VM造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。如果對(duì)輸入范圍有疑問(wèn)，請(qǐng)?jiān)谶B接輸入電源之前聯(lián)系TI現(xiàn)場(chǎng)代表。施加超出指定輸出范圍的負(fù)載可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)VM造成永久性損壞。在連接任何負(fù)載到EVM輸出之前，請(qǐng)參考EVM用戶指南。如果對(duì)負(fù)載規(guī)格不確定，請(qǐng)聯(lián)系TI現(xiàn)場(chǎng)代表。

7.2 溫度問(wèn)題

在正常運(yùn)行期間，一些電路組件的外殼溫度可能會(huì)超過(guò)55°C。只要保持輸入和輸出范圍，EVM設(shè)計(jì)為在某些組件溫度高于60°C時(shí)仍能正常運(yùn)行。這些組件包括但不限于線性穩(wěn)壓器、開(kāi)關(guān)晶體管、功率晶體管和電流感測(cè)電阻器?？墒褂肊VM用戶指南中的EVM原理圖識(shí)別這些設(shè)備。在操作過(guò)程中，將測(cè)量探頭靠近這些設(shè)備時(shí)，要注意它們可能會(huì)很燙。

7.3 安全責(zé)任

用戶對(duì)產(chǎn)品的正確和安全處理承擔(dān)全部責(zé)任和義務(wù)。此外，用戶需賠償TI因產(chǎn)品處理或使用而產(chǎn)生的所有索賠。請(qǐng)注意，收到的產(chǎn)品可能不符合法規(guī)要求或未獲得相關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)證（如FCC、UL、CE等）。由于產(chǎn)品采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，用戶有責(zé)任采取一切適當(dāng)?shù)撵o電放電預(yù)防措施。

總之，TPS54372EVM - 215評(píng)估模塊為電子工程師提供了一個(gè)很好的平臺(tái)來(lái)評(píng)估TPS54372調(diào)節(jié)器的性能。在使用過(guò)程中，我們需要充分了解其性能特點(diǎn)、操作范圍和注意事項(xiàng)，以確保模塊的正常運(yùn)行和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似模塊的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。