TPS54386EVM降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是電源管理中不可或缺的一部分。今天我們要深入探討的是德州儀器（Texas Instruments）的TPS54386EVM降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊，它為我們提供了一個便捷的平臺來評估TPS54386雙非同步降壓轉(zhuǎn)換器的性能。

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一、模塊概述

1.1 模塊描述

TPS54386EVM評估模塊是一個雙非同步降壓轉(zhuǎn)換器，它能從12V輸入總線提供固定的5.0V和3.3V輸出，每個輸出的負(fù)載電流最高可達(dá)2A。該模塊設(shè)計(jì)為從單一電源啟動，無需額外的偏置電壓。它使用了集成高端FET的TPS54386雙非同步降壓轉(zhuǎn)換器，旨在展示TPS54386在典型12V總線系統(tǒng)中的性能，并提供了多個測試點(diǎn)，方便評估其在特定應(yīng)用中的表現(xiàn)。此外，通過更改一些組件，該EVM還可以修改為其他輸入或輸出電壓。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

該模塊適用于非隔離低電流負(fù)載點(diǎn)和電壓總線轉(zhuǎn)換器，常見于消費(fèi)電子、LCD電視、計(jì)算機(jī)外設(shè)、數(shù)字機(jī)頂盒等領(lǐng)域。

1.3 模塊特性

• 輸入范圍：12V（±10% / -20%）。
• 輸出電壓：固定5.0V和3.3V，可通過改變電阻進(jìn)行調(diào)整。
• 輸出電流：穩(wěn)態(tài)輸出電流2A（峰值3A）。
• 開關(guān)頻率：600kHz（由TPS54386固定）。
• 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：內(nèi)部有開關(guān)MOSFET和外部整流二極管，采用雙面2有源層PCB，所有組件都在頂部，測試點(diǎn)信號在內(nèi)部層布線。
• 有源轉(zhuǎn)換區(qū)域：小于1.8平方英寸（0.89” x 1.97”）。
• 測試點(diǎn)：方便探測開關(guān)波形和進(jìn)行非侵入式環(huán)路響應(yīng)測試。

二、電氣性能規(guī)格

這些電氣性能規(guī)格為我們在設(shè)計(jì)和使用該模塊時提供了重要的參考依據(jù)，大家在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)這些參數(shù)來評估模塊是否滿足自己的需求。

三、模塊原理圖及相關(guān)設(shè)置

3.1 測序跳線（JP3）

TPS54386EVM提供了一個3針、100密耳的插頭和分流器，用于對TPS54386的測序功能進(jìn)行編程。將JP3分流器置于左側(cè)位置，可將序列引腳連接到BP，并在啟用Enable 2時，使TPS54386控制器先對通道2進(jìn)行測序；置于右側(cè)位置，可將序列引腳連接到GND，并在啟用Enable 1時，使轉(zhuǎn)換器先對通道1進(jìn)行測序；移除JP3分流器則可禁用測序功能，允許通道1和通道2獨(dú)立啟用。

3.2 啟用跳線（JP1和JP2）

該模塊提供了單獨(dú)的3針、100密耳插頭和分流器，用于實(shí)現(xiàn)TPS54386的啟用功能。當(dāng)移除JP3時，將JP1分流器置于左側(cè)位置可將EN1連接到地，開啟輸出1；將JP2分流器置于左側(cè)位置可將EN2連接到地，開啟輸出2。當(dāng)JP3分流器在左側(cè)位置時，將JP2分流器置于左側(cè)位置，先開啟輸出2，再開啟輸出1；當(dāng)JP3分流器在右側(cè)位置時，將JP1分流器置于左側(cè)位置，先開啟輸出1，再開啟輸出2。

3.3 測試點(diǎn)描述

這些測試點(diǎn)為我們進(jìn)行各種參數(shù)的測量和分析提供了便利，工程師們可以根據(jù)需要選擇合適的測試點(diǎn)進(jìn)行操作。

四、測試設(shè)置

4.1 所需設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源（VIN）應(yīng)為0 - 15V的可變直流源，能夠提供5A的直流電。
• 儀表：包括0 - 3A的電流表（A1）、0 - 15V的電壓表（V1）、0 - 6V的電壓表（V2）和0 - 4V的電壓表（V3）。
• 負(fù)載：輸出1負(fù)載（LOAD1）應(yīng)為能夠在5.0V下提供0 - 2A直流電的電子恒流模式負(fù)載；輸出2負(fù)載（LOAD2）應(yīng)為能夠在3.3V下提供0 - 2A直流電的電子恒流模式負(fù)載。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器來測量VOUT上的紋波電壓，示波器應(yīng)設(shè)置為1MΩ阻抗、20MHz帶寬、交流耦合、1μs/格的水平分辨率和10mV/格的垂直分辨率。
• 推薦線規(guī)：VIN到J1的連接，最小推薦線徑為AWG #16，總長度小于4英尺；J2到LOAD1的連接，最小推薦線徑為AWG #18，總長度小于2英尺；J3到LOAD2的連接，最小推薦線徑為AWG #18，總長度小于2英尺。
• 其他：由于該評估模塊的一些組件可能會發(fā)熱，建議使用一個能夠提供200 - 400 lfm的小風(fēng)扇，以降低組件表面溫度，防止用戶受傷。

4.2 設(shè)備設(shè)置步驟

1. 在靜電放電（ESD）工作站工作，確保在給EVM供電之前，將任何腕帶、靴帶或墊子連接到接地端，同時應(yīng)佩戴靜電服和安全眼鏡。
2. 在連接直流輸入源VIN之前，建議將源電流限制在最大5.0A，并確保VIN初始設(shè)置為0V，然后按照圖4 - 1進(jìn)行連接。
3. 將電流表A1（0 - 5A范圍）連接在VIN和J1之間。
4. 將電壓表V1連接到TP1和TP2。
5. 將LOAD1連接到J2，并在施加VIN之前將LOAD1設(shè)置為恒流模式，使其吸收0A電流。
6. 將電壓表V2連接在TP3和TP4之間。
7. 將LOAD2連接到J3，并在施加VIN之前將LOAD2設(shè)置為恒流模式，使其吸收0A電流。
8. 將電壓表V3連接在TP18和TP19之間。
9. 放置風(fēng)扇并開啟，確?？諝饬鬟^EVM。

4.3 啟動/關(guān)閉程序

1. 將VIN從0V增加到12VDC。
2. 將LOAD1的電流從0A變化到2ADC。
3. 將LOAD2的電流從0A變化到2ADC。
4. 將VIN從9.6VDC變化到13.2VDC。
5. 將VIN降低到0VDC。
6. 將LOAD1的電流降低到0A。

4.4 輸出紋波電壓測量程序

1. 將VIN從0V增加到12VDC。
2. 將LOAD1調(diào)整到0A到2A之間的所需負(fù)載。
3. 將VIN調(diào)整到9.6VDC到13.2VDC之間的所需負(fù)載。
4. 將示波器探頭連接到TP3和TP4或TP18和TP19。
5. 測量輸出紋波。
6. 將VIN降低到0VDC。
7. 將LOAD1的電流降低到0A。

4.5 控制環(huán)路增益和相位測量程序

1. 將1kHz到1MHz的隔離變壓器連接到TP6和TP8。
2. 將輸入信號幅度測量探頭（通道A）連接到TP8。
3. 將輸出信號幅度測量探頭（通道B）連接到TP6。
4. 將通道A和通道B的接地引線連接到TP5和TP7。
5. 通過隔離變壓器在R1上注入30mV或更小的信號。
6. 以10Hz或更低的后置濾波器將頻率從1kHz掃描到1MHz。
7. 控制環(huán)路增益可通過公式 (20 × LOGleft(frac{ ChannelB }{ ChannelA }right)) 測量。
8. 控制環(huán)路相位通過通道A和通道B之間的相位差測量。
9. 對于通道2的控制環(huán)路測量，需進(jìn)行以下替換：將TP6改為TP16，TP8改為TP14，TP5改為TP17，TP7改為TP15。
10. 在進(jìn)行其他測量之前，斷開隔離變壓器，因?yàn)樽⑷敕答伒男盘柨赡軙蓴_其他測量的準(zhǔn)確性。

4.6 設(shè)備關(guān)閉

1. 關(guān)閉示波器。
2. 關(guān)閉VIN。
3. 關(guān)閉LOAD1。
4. 關(guān)閉風(fēng)扇。

五、典型性能數(shù)據(jù)和特性曲線

5.1 效率

效率曲線展示了不同輸入電壓下，輸出電壓為5.0V和3.3V時，效率隨負(fù)載電流的變化情況。從曲線中可以看出，在不同的輸入電壓和負(fù)載電流下，模塊的效率有所不同。大家可以思考一下，如何根據(jù)這些效率曲線來優(yōu)化電源的設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)的整體效率呢？

5.2 線路和負(fù)載調(diào)節(jié)

輸出電壓隨負(fù)載電流的變化曲線顯示了在不同輸入電壓下，輸出電壓的穩(wěn)定性。通過這些曲線，我們可以評估模塊在不同負(fù)載條件下的電壓調(diào)節(jié)能力。

5.3 輸出電壓紋波

輸出電壓紋波曲線展示了在特定輸入電壓和負(fù)載電流下，輸出電壓的紋波情況。這對于對電源紋波要求較高的應(yīng)用來說非常重要，工程師們可以根據(jù)這個曲線來判斷該模塊是否滿足應(yīng)用的需求。

5.4 開關(guān)節(jié)點(diǎn)

開關(guān)節(jié)點(diǎn)的波形展示了通道1和通道2的開關(guān)波形，通過觀察這些波形，我們可以了解模塊的開關(guān)特性。

5.5 控制環(huán)路波特圖

控制環(huán)路波特圖展示了在低輸入電壓（VIN = 8V）下，輸出電壓為3.3V和5.0V時，增益和相位隨頻率的變化情況。這對于分析模塊的控制環(huán)路穩(wěn)定性非常有幫助。

六、EVM組裝圖紙和布局

TPS54386EVM采用4層、2盎司覆銅電路板，尺寸為3.0” x 3.0”，所有組件位于頂部1.15” x 2.15”的有源區(qū)域，有源走線分布在頂部和底部層，方便用戶查看、探測和評估TPS54386控制設(shè)備。對于空間受限的系統(tǒng)，將組件移到PCB兩側(cè)或使用額外的內(nèi)部層可以進(jìn)一步減小尺寸。

七、材料清單

材料清單詳細(xì)列出了模塊所使用的各種組件，包括電容、電感、電阻、二極管、測試點(diǎn)和芯片等，以及它們的型號和制造商。這對于我們進(jìn)行模塊的維修和替換組件非常有幫助。

總之，TPS54386EVM評估模塊為我們提供了一個全面的平臺來評估TPS54386雙非同步降壓轉(zhuǎn)換器的性能。通過對其電氣性能、原理圖、測試設(shè)置、性能曲線等方面的了解，我們可以更好地將其應(yīng)用到實(shí)際的電子設(shè)計(jì)中。大家在使用過程中如果遇到問題，歡迎在評論區(qū)留言討論。