TPS54373EVM - 237評(píng)估模塊深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率起著至關(guān)重要的作用。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的TPS54373EVM - 237評(píng)估模塊，從其背景、性能規(guī)格、測(cè)試結(jié)果到板級(jí)布局和物料清單，全方位剖析這款模塊的特點(diǎn)和應(yīng)用。

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一、模塊背景與特性

1.1 背景概述

TPS54373EVM - 237評(píng)估模塊采用了具有啟動(dòng)時(shí)禁用灌電流（DSDS）功能的TPS54373同步降壓穩(wěn)壓器。它能夠在3.3V標(biāo)稱輸入下提供0.9V至2.5V的輸出電壓，或者在5V標(biāo)稱輸入下提供0.9V至3.3V的輸出電壓。該模塊旨在展示使用TPS54373穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)時(shí)所能實(shí)現(xiàn)的小PCB面積。其開(kāi)關(guān)頻率設(shè)定為標(biāo)稱700kHz，允許使用小尺寸的1.0μH輸出電感器。此外，TPS54373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)通電阻使得該穩(wěn)壓器具有高效率，并有助于在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。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)。DSDS功能使得該穩(wěn)壓器適用于需要在啟動(dòng)時(shí)對(duì)輸出進(jìn)行預(yù)偏置以保持I/O和核心電壓之間特定差值的應(yīng)用。

1.2 性能規(guī)格總結(jié)

1.3 模塊修改

該模塊設(shè)計(jì)旨在展示使用TPS54373時(shí)的小尺寸特性，因此許多允許廣泛修改的功能被省略。不過(guò)，通過(guò)改變R2的值可以在0.9V至3.3V范圍內(nèi)改變輸出電壓，計(jì)算公式為： [R 2=10 k Omega × frac{0.891 V}{V{O}-0.891 V}] 同時(shí)，最小輸出電壓受設(shè)備最小可控導(dǎo)通時(shí)間（200ns）限制，可通過(guò)以下公式計(jì)算： [V{OUTMIN }=200 n sec × f{S} × V{INMAX }] 開(kāi)關(guān)頻率可通過(guò)改變R4的值在280kHz至700kHz之間調(diào)整。此外，模塊支持通過(guò)PCB背面的焊盤進(jìn)行替代輸出濾波器配置，用戶可能需要根據(jù)輸出濾波器的變化調(diào)整補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的值。

二、測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

TPS54373EVM - 237有三個(gè)輸入/輸出連接器：V1（J1）、V0（J2）和PRECHG_IN（J4）。需要一個(gè)能夠提供5A電流的電源通過(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)載電流能力為3A。測(cè)試點(diǎn)TP7可用于連接示波器電壓探頭以監(jiān)測(cè)輸出電壓。在使用外部電源作為V1源時(shí)，可能需要額外的大容量電容器，具體取決于電源的輸出阻抗和連接線的長(zhǎng)度。

2.2 效率

該模塊的效率在負(fù)載電流約為1A至2A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時(shí)，效率會(huì)因MOSFET的漏源電阻隨溫度變化而在較高環(huán)境溫度下降低。同時(shí)，由于MOSFET的柵極和開(kāi)關(guān)損耗，700kHz的開(kāi)關(guān)頻率下效率略低于較低開(kāi)關(guān)頻率。

2.3 功率耗散

PWP封裝的低結(jié)殼熱阻和良好的板級(jí)布局使得模塊能夠在輸出額定滿載電流的同時(shí)保持安全的結(jié)溫。在3.3V輸入源和3A負(fù)載下，結(jié)溫約為60°C，殼溫約為55°C。

2.4 輸出電壓調(diào)節(jié)

輸出電壓的負(fù)載調(diào)整率和線性調(diào)整率在環(huán)境溫度為25°C時(shí)的測(cè)量結(jié)果表明，該模塊具有良好的電壓調(diào)節(jié)性能。

2.5 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

模塊對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)表現(xiàn)為電流從最大額定負(fù)載的25%到75%變化時(shí)，輸出電壓的總峰 - 峰電壓變化包含紋波和噪聲。

2.6 環(huán)路特性

模塊的環(huán)路響應(yīng)特性在最小和最大工作電壓下的增益和相位圖顯示了其在不同電壓下的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。

2.7 輸出電壓紋波和輸入電壓紋波

在3.3V輸入電壓和3A額定滿載輸出電流下，輸出電壓紋波和輸入電壓紋波的測(cè)量結(jié)果展示了模塊的紋波特性。

2.8 啟動(dòng)特性

模塊的啟動(dòng)波形展示了在不同預(yù)充電條件下的啟動(dòng)過(guò)程。需要注意的是，預(yù)充電水平在任何線路或負(fù)載條件下都不得超過(guò)輸出設(shè)定點(diǎn)，否則可能導(dǎo)致電路無(wú)法正常工作。

三、板級(jí)布局

TPS54373EVM - 237的板級(jí)布局包括頂層和底層。頂層包含V1、V0和V(phase)的主要電源走線，以及TPS54373其余引腳的連接和大面積的接地。底層包含接地和V0銅區(qū)、一些信號(hào)走線以及兩個(gè)可選D3或D4尺寸電解電容器的焊盤。頂層和底層的接地走線通過(guò)多個(gè)過(guò)孔連接，包括在TPS54373設(shè)備正下方的十個(gè)過(guò)孔，以提供從PowerPAD到接地的熱路徑。輸入去耦電容器、偏置去耦電容器和自舉電容器都盡可能靠近IC放置，補(bǔ)償組件也保持靠近IC，補(bǔ)償電路連接到調(diào)節(jié)點(diǎn)的輸出電壓。

四、原理圖與物料清單

4.1 原理圖

模塊的原理圖展示了其電路結(jié)構(gòu)和連接方式，為工程師理解和分析模塊的工作原理提供了重要依據(jù)。

4.2 物料清單

物料清單詳細(xì)列出了模塊所使用的各種組件，包括電容器、二極管、電阻器、電感器、連接器等，以及它們的規(guī)格、制造商和型號(hào)。

綜上所述，TPS54373EVM - 237評(píng)估模塊在電源管理方面具有出色的性能和靈活性，適用于多種需要預(yù)充電條件的應(yīng)用場(chǎng)景。工程師在使用該模塊時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理的配置和調(diào)整，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。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。