探索TPS5442x5降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊：設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

作為電子工程師，我們常常需要深入了解各類電子元件和評(píng)估模塊，來(lái)滿足不同項(xiàng)目的需求。今天，我將帶大家詳細(xì)了解TPS5442x5降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（PWR - 681EVM），從它的基本特性到測(cè)試過(guò)程，再到軟件配置，全方位剖析這個(gè)模塊的魅力。

文件下載：TPS544B25EVM-681.pdf

模塊概述

PWR - 681EVM評(píng)估模塊可使用TPS544B25或TPS544C25設(shè)備。這兩款設(shè)備是高度集成的同步降壓轉(zhuǎn)換器，分別設(shè)計(jì)用于高達(dá)20A或30A的電流輸出。該模塊作為單輸出DC - DC轉(zhuǎn)換器，在典型的低壓應(yīng)用中展示了這些設(shè)備的性能，同時(shí)提供了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，方便我們?cè)u(píng)估其性能。它使用標(biāo)稱12V的輸入總線，根據(jù)安裝的設(shè)備不同，可產(chǎn)生調(diào)節(jié)后的0.95V輸出，負(fù)載電流最高可達(dá)20A或30A。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

該模塊適用于多種場(chǎng)景，如高密度電源解決方案、通信設(shè)備、服務(wù)器和計(jì)算設(shè)備以及智能電源系統(tǒng)等。這些領(lǐng)域?qū)﹄娫吹姆€(wěn)定性和效率要求較高，而PWR - 681EVM正好能滿足這些需求。

模塊特性

• 穩(wěn)定輸出：可提供調(diào)節(jié)后的0.95V輸出，穩(wěn)態(tài)輸出電流最高可達(dá)30A。
• 可配置功能：通過(guò)PMBus接口，我們可以對(duì)輸出電壓、欠壓鎖定（UVLO）、軟啟動(dòng)、使能、過(guò)流警告和故障限制、過(guò)壓和欠壓警告及故障限制、外部過(guò)溫警告和故障限制等進(jìn)行編程設(shè)置。
• 方便測(cè)試：提供了方便的測(cè)試點(diǎn)，可用于探測(cè)關(guān)鍵波形，還可選配外部溫度傳感器。

電氣性能規(guī)格

這些參數(shù)為我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中選擇合適的工作條件提供了重要參考。

測(cè)試設(shè)置

測(cè)試與配置軟件

要更改EVM上的任何默認(rèn)配置參數(shù)，需要從TI網(wǎng)站下載TI Fusion Digital Power Designer軟件。該軟件是一個(gè)圖形用戶界面（GUI），用于配置和監(jiān)控安裝在評(píng)估模塊上的TPS544B25或TPS544C25電源轉(zhuǎn)換器。它通過(guò)PMBus協(xié)議，借助TI USB適配器在串行總線上與控制器進(jìn)行通信。需要注意的是，TI USB適配器需單獨(dú)購(gòu)買，不包含在EVM套件中。

測(cè)試設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源VIN必須是0V至18V的可變直流源，能夠提供至少8A的電流。
• 萬(wàn)用表：建議使用兩個(gè)單獨(dú)的萬(wàn)用表，分別測(cè)量VIN和VOUT。
• 輸出負(fù)載：推薦使用可變電子負(fù)載，能夠在低至0.9V的電壓下提供30A的電流。
• 示波器：用于測(cè)量輸出噪聲和紋波，測(cè)量輸出紋波時(shí)需使用尖端 - 桶形方法或更好的方法，示波器需調(diào)整到20MHz帶寬，交流耦合，50mV/格，1μs/格。
• 風(fēng)扇：在高負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，可能需要使用小風(fēng)扇對(duì)EVM進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷，以確保設(shè)備溫度保持在105°C以下。
• USB - to - GPIO接口適配器：用于EVM和主機(jī)計(jì)算機(jī)之間的通信，可從http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio購(gòu)買。
• 推薦線規(guī)：為了使負(fù)載處的工作電壓保持在其工作范圍內(nèi)，負(fù)載線的電壓降必須盡可能低。根據(jù)不同的線規(guī)和長(zhǎng)度，可實(shí)現(xiàn)最大30A負(fù)載下不超過(guò)0.2V的電壓降。

測(cè)試點(diǎn)、跳線和開(kāi)關(guān)

該模塊提供了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)、跳線和開(kāi)關(guān)，每個(gè)都有其特定的功能。例如，TP1用于測(cè)量電源開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，TP6用于效率測(cè)量的VOUT測(cè)量等。跳線JP1可用于測(cè)量Vin，跳線JP2可用于關(guān)閉IC。開(kāi)關(guān)S1可在外部溫度傳感器和SS電阻之間切換。

EVM配置

工廠默認(rèn)配置

TPS544B25或TPS544C25在出廠時(shí)已進(jìn)行預(yù)配置，關(guān)鍵的工廠配置參數(shù)包括輸入電壓的開(kāi)啟和關(guān)閉閾值、輸出電壓、過(guò)流和過(guò)壓警告及故障限制等。

重新配置步驟

如果需要將EVM配置為不同于工廠設(shè)置的參數(shù)，可以使用TI Fusion Digital Power Designer軟件。在啟動(dòng)軟件之前，需要向EVM施加輸入電壓，使TPS544B25或TPS544C25處于活動(dòng)狀態(tài)，以便GUI能夠識(shí)別設(shè)備。建議施加4V的輸入電壓，以避免在配置過(guò)程中轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)。具體配置步驟如下：

1. 將輸入電源調(diào)整為提供4V（4VDC），電流限制為1ADC。
2. 將輸入電壓施加到EVM。
3. 啟動(dòng)Fusion GUI軟件。
4. 根據(jù)需要配置EVM的操作參數(shù)。
5. VSET引腳在EVM上拉高到BP3，因此啟動(dòng)時(shí)VOUT_COMMAND從內(nèi)部EEPROM恢復(fù)。SYNC/RESET_B引腳在此設(shè)置下配置為SYNC功能。如需使用VSET或RESET_B功能，需正確安裝R19電阻并移除R18電阻。
6. EVM上的S1提供了使用外部溫度傳感器Q1的選項(xiàng)。要在PMBus上讀取外部溫度值，需要將(E5h) MFR_SPECIFIC _21寄存器中的位8（SS_DET_DIS）設(shè)置為1，否則READ_TEMPERATURE_2將始終返回25°C。
7. 在4VDC輸入下，內(nèi)部配置電路將通電并處于活動(dòng)狀態(tài)，但設(shè)備仍處于欠壓鎖定（UVLO）狀態(tài)，輸出關(guān)閉。

測(cè)試過(guò)程

線路/負(fù)載調(diào)節(jié)測(cè)量

1. 確保電子負(fù)載設(shè)置為0A（0ADC）。
2. 使用數(shù)字萬(wàn)用表將VIN從0V增加到12V，同時(shí)使用另一個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量TP4和TP5處的輸出電壓VOUT。
3. 將負(fù)載從0ADC變化到最大額定輸出（TPS544B25 = 20A，TPS544C25 = 30A），VOUT必須保持在規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
4. 將VIN從4.5V變化到18V，VOUT同樣必須保持在規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
5. 將負(fù)載減小到0A。
6. 將VIN減小到0V或關(guān)閉電源。

效率測(cè)量

測(cè)量EVM上功率級(jí)的效率時(shí)，需要在正確的位置測(cè)量電壓，以避免測(cè)量結(jié)果包含與功率級(jí)本身無(wú)關(guān)的效率損失。具體測(cè)量點(diǎn)包括JP1（VIN +VE）、TP10（VIN -VE）、TP6（VOUT +VE）和TP10（VOUT -VE）。輸入電流可以在輸入線的任何點(diǎn)測(cè)量，輸出電流可以在被測(cè)量輸出的輸出線的任何位置測(cè)量。

波特圖測(cè)量

1. 按照線路/負(fù)載調(diào)節(jié)測(cè)量的步驟設(shè)置VIN和負(fù)載到所需的工作條件。
2. 將隔離變壓器的交流小信號(hào)注入連接到測(cè)試點(diǎn)TP2和TP3。
3. 將輸入信號(hào)幅度測(cè)量探頭（通道A）連接到TP3。
4. 將輸出信號(hào)幅度測(cè)量探頭（通道B）連接到TP2。
5. 將通道A和通道B的接地引線連接到TP10。
6. 通過(guò)隔離變壓器注入10mV或更小的信號(hào)。
7. 以10Hz或更低的后置濾波器從500Hz到500kHz掃描頻率。
8. 控制回路增益可以通過(guò)20 x log（ChannelB/ChannelA）測(cè)量。
9. 控制回路相位可以通過(guò)通道A和通道B之間的相位差測(cè)量。
10. 按照設(shè)備關(guān)機(jī)步驟關(guān)閉設(shè)備。

設(shè)備關(guān)機(jī)

1. 將負(fù)載電流減小到0A。
2. 將輸入電壓減小到0V。
3. 如果使用了外部風(fēng)扇，關(guān)閉風(fēng)扇。
4. 關(guān)閉設(shè)備。

性能數(shù)據(jù)與典型特性曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，包括效率、負(fù)載調(diào)節(jié)、線路調(diào)節(jié)、瞬態(tài)響應(yīng)、輸出紋波、控制開(kāi)啟和關(guān)閉、過(guò)流保護(hù)、控制回路波特圖和熱圖像等。這些曲線直觀地展示了模塊在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，為我們?cè)u(píng)估模塊的性能提供了重要依據(jù)。

Fusion GUI使用

Fusion Digital Power Designer軟件提供了一個(gè)直觀的圖形用戶界面，用于配置和監(jiān)控EVM。通過(guò)該軟件，我們可以進(jìn)行以下操作：

• 啟動(dòng)與掃描：?jiǎn)?dòng)軟件后，軟件會(huì)掃描USB適配器以查找設(shè)備，找到設(shè)備后繼續(xù)啟動(dòng)過(guò)程。
• 配置參數(shù)：可以配置各種參數(shù)，如輸出電壓、過(guò)流和過(guò)壓警告及故障限制、欠壓鎖定、軟啟動(dòng)時(shí)間等。配置過(guò)程中，更改參數(shù)后會(huì)彈出確認(rèn)窗口，選擇寫入硬件或存儲(chǔ)配置到NVM可將更改保存。
• 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)：監(jiān)控屏幕可顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括VOUT、IOUT、溫度等參數(shù)的圖形，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和PMBus日志記錄。
• 系統(tǒng)儀表盤和狀態(tài)屏幕：系統(tǒng)儀表盤可顯示系統(tǒng)級(jí)信息，狀態(tài)屏幕可顯示控制器的狀態(tài)。
• 導(dǎo)入和存儲(chǔ)配置：可以通過(guò)導(dǎo)入項(xiàng)目或配置文件一次性配置設(shè)備的所有參數(shù)，也可以將當(dāng)前配置存儲(chǔ)到非易失性存儲(chǔ)器中。

總結(jié)

TPS5442x5降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（PWR - 681EVM）是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的評(píng)估模塊，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。通過(guò)詳細(xì)了解其特性、電氣性能規(guī)格、測(cè)試設(shè)置、配置方法和測(cè)試過(guò)程，我們可以更好地利用該模塊進(jìn)行電源設(shè)計(jì)和測(cè)試。同時(shí)，F(xiàn)usion Digital Power Designer軟件為我們提供了便捷的配置和監(jiān)控手段，提高了開(kāi)發(fā)效率。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)具體需求選擇合適的工作條件和配置參數(shù)，以滿足項(xiàng)目的要求。

你在使用這個(gè)模塊的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。