TPS54618EVM - 606評(píng)估模塊：高效電源轉(zhuǎn)換解決方案

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理始終是至關(guān)重要的一環(huán)。德州儀器（Texas Instruments）的TPS54618EVM - 606評(píng)估模塊，為工程師們提供了一個(gè)便捷且高效的電源轉(zhuǎn)換解決方案。今天，我們就來(lái)深入探討一下這個(gè)評(píng)估模塊的特點(diǎn)、性能以及使用方法。

文件下載：TPS54618EVM-606.pdf

1. 背景介紹

TPS54618是一款直流 - 直流（dc/dc）轉(zhuǎn)換器，能夠在2.95V至6V的輸入電壓范圍內(nèi)提供高達(dá)6A的輸出電流。評(píng)估模塊的額定輸入電壓范圍為3V至6V，輸出電流范圍為0A至6A。其開(kāi)關(guān)頻率外部設(shè)定為標(biāo)稱1000kHz，內(nèi)部集成了高端和低端MOSFET以及柵極驅(qū)動(dòng)電路。MOSFET的低漏源導(dǎo)通電阻使得TPS54618能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。補(bǔ)償組件位于集成電路（IC）外部，通過(guò)外部分壓器可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)。此外，TPS54618還提供了可調(diào)的軟啟動(dòng)和欠壓鎖定輸入功能。

2. 性能規(guī)格

2.1 基本參數(shù)

在輸入電壓(V_{IN}=5V)、輸出電壓為1.8V（除非另有說(shuō)明）的條件下，TPS54618EVM - 606的性能規(guī)格如下：

• 輸入電壓范圍：3V至6V
• 啟動(dòng)電壓：2.8V
• 停止電壓：2.6V
• 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)：1.8V
• 輸出電流范圍：0A至6A

2.2 調(diào)節(jié)性能

• 線路調(diào)節(jié)：在輸出電流(IO = 3A)、輸入電壓(V{IN})從3V至6V變化時(shí)，調(diào)節(jié)率為±0.25%。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)：當(dāng)輸入電壓(V_{IN}=3.3V)、輸出電流(I_O)從0A至6A變化時(shí)，調(diào)節(jié)率為±0.3%。

2.3 瞬態(tài)響應(yīng)

• 當(dāng)輸出電流從1.5A階躍到4.5A時(shí)，電壓變化為 - 40mV，恢復(fù)時(shí)間為120μs。
• 當(dāng)輸出電流從4.5A階躍到1.5A時(shí)，電壓變化為40mV，恢復(fù)時(shí)間同樣為120μs。

2.4 其他性能

• 環(huán)路帶寬：在(V_{IN}=5V)、(I_O = 5.2A)時(shí)為60kHz。
• 相位裕度：在(V_{IN}=5V)、(I_O = 5.2A)時(shí)為58°。
• 輸入紋波電壓：在輸出電流(I_O = 6A)時(shí)為100mVPP。
• 輸出紋波電壓：在輸出電流(I_O = 6A)時(shí)為8mVPP。
• 輸出上升時(shí)間：3.5ms。
• 工作頻率：1000kHz。
• 最大效率：在(V_{IN}=3.3V)、(I_O = 1A)時(shí)為94.7%。

3. 模塊修改

3.1 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

通過(guò)改變電阻R10的值可以調(diào)整輸出電壓。計(jì)算公式為(R{10}=100kΩ × frac{0.799V}{V{OUT } - 0.799V})。例如，當(dāng)輸出電壓為1.0V時(shí)，R10的值為402kΩ；當(dāng)輸出電壓為1.2V時(shí)，R10的值為200kΩ等。需要注意的是，輸入電壓(V_{IN})必須在一定范圍內(nèi)，以確保最小導(dǎo)通時(shí)間大于75ns，最大占空比小于92%。

3.2 軟啟動(dòng)時(shí)間

軟啟動(dòng)時(shí)間可以通過(guò)改變電容C7的值來(lái)調(diào)整。計(jì)算公式為(C7(nF)=frac{T{ss}(mS) × I{ss}(mu A)}{V{ref}(V)})，其中(I_{ss}=2mu A)。在評(píng)估模塊中，C7默認(rèn)設(shè)置為0.01μF，對(duì)應(yīng)的軟啟動(dòng)時(shí)間為4ms。

3.3 可調(diào)欠壓鎖定

欠壓鎖定（UVLO）可以通過(guò)外部電阻R1和R2進(jìn)行調(diào)整。評(píng)估模塊默認(rèn)設(shè)置的啟動(dòng)電壓為2.8V，停止電壓為2.6V，對(duì)應(yīng)的電阻值為(R_1 = 25.6kΩ)和(R_2 = 20kΩ)?？梢允褂锰囟ü接?jì)算不同啟動(dòng)和停止電壓所需的電阻值。

4. 測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

4.1 輸入/輸出連接

TPS54618EVM - 606配備了輸入/輸出連接器和測(cè)試點(diǎn)。需要將能夠提供3A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J3。測(cè)試點(diǎn)TP1用于監(jiān)測(cè)輸入電壓(V_{IN})，TP2作為接地參考；TP8用于監(jiān)測(cè)輸出電壓，TP9作為接地參考。

4.2 效率

評(píng)估模塊的效率在負(fù)載電流約為0.5A - 2A時(shí)達(dá)到峰值，隨后隨著負(fù)載電流接近滿載而下降。在環(huán)境溫度為25°C時(shí)，不同輸入電壓下的效率曲線可以直觀地展示其效率變化情況。需要注意的是，在較高環(huán)境溫度下，由于內(nèi)部MOSFET的漏源電阻隨溫度變化，效率可能會(huì)降低。

4.3 輸出電壓調(diào)節(jié)

• 負(fù)載調(diào)節(jié)：展示了輸出電壓隨負(fù)載電流變化的情況，在環(huán)境溫度為25°C時(shí)進(jìn)行測(cè)量。
• 線路調(diào)節(jié)：顯示了輸出電壓隨輸入電壓變化的情況。

4.4 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

當(dāng)負(fù)載電流從25%到75%的最大額定負(fù)載階躍變化時(shí)，評(píng)估模塊能夠快速響應(yīng)，輸出電壓的總峰 - 峰電壓變化包括紋波和噪聲。

4.5 環(huán)路特性

通過(guò)增益和相位圖展示了評(píng)估模塊的環(huán)路響應(yīng)特性，測(cè)量條件為(V_{IN}=5V)、負(fù)載電流(I_O = 5.2A)。

4.6 輸出電壓紋波和輸入電壓紋波

在額定滿載輸出電流(IO = 6A)、(V{IN}=5V)的條件下，分別測(cè)量了輸出電壓紋波和輸入電壓紋波。

4.7 上電啟動(dòng)

展示了評(píng)估模塊的啟動(dòng)波形，包括輸入電壓達(dá)到欠壓鎖定閾值時(shí)的啟動(dòng)情況，以及通過(guò)使能信號(hào)控制的啟動(dòng)情況。

5. 電路板布局

5.1 布局特點(diǎn)

評(píng)估模塊的頂層布局采用了典型的用戶應(yīng)用方式，頂層、底層和內(nèi)層均為2盎司銅。頂層包含了(V{IN})、(V{OUT})和VPHASE的主要功率走線，以及TPS54618其余引腳的連接和大面積的接地區(qū)域。底層和內(nèi)層僅包含接地平面，頂層的接地區(qū)域通過(guò)多個(gè)過(guò)孔與底層和內(nèi)層的接地平面相連，其中在TPS54618器件下方有四個(gè)過(guò)孔，以提供從頂層接地區(qū)域到底層和內(nèi)層接地平面的熱路徑。

5.2 元件布局

輸入去耦電容（C2、C3和C4）和自舉電容（C8）都盡可能靠近IC放置。此外，電壓設(shè)定點(diǎn)電阻分壓器組件也靠近IC，電壓分壓器網(wǎng)絡(luò)在調(diào)節(jié)點(diǎn)（靠近輸出連接器J3的銅質(zhì)(V_{OUT})走線）連接到輸出電壓。根據(jù)評(píng)估模塊與輸入電源的連接情況，可能需要額外的輸入大容量電容。

5.3 估計(jì)電路面積

該設(shè)計(jì)中使用的組件的估計(jì)PCB面積為(0.51in^{2}(326mm^{2}))，不包括測(cè)試點(diǎn)或連接器。

6. 原理圖與物料清單

6.1 原理圖

提供了TPS54618EVM - 606的原理圖，方便工程師進(jìn)行電路分析和設(shè)計(jì)參考。

6.2 物料清單

詳細(xì)列出了評(píng)估模塊所需的各種元件，包括電容、電阻、電感、連接器、測(cè)試點(diǎn)等，以及它們的參數(shù)、型號(hào)和制造商。

7. 注意事項(xiàng)

7.1 安全與合規(guī)

該評(píng)估模塊僅用于實(shí)驗(yàn)室/開(kāi)發(fā)環(huán)境中的初步可行性評(píng)估，不適合作為成品電氣設(shè)備供消費(fèi)者使用。用戶需要承擔(dān)使用過(guò)程中的全部責(zé)任和風(fēng)險(xiǎn)，確保產(chǎn)品的安全和合規(guī)性。同時(shí)，需要遵守相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，如FCC、IC等規(guī)定。

7.2 操作規(guī)范

在操作評(píng)估模塊時(shí)，需要在德州儀器推薦的規(guī)格和環(huán)境條件下進(jìn)行，避免超出規(guī)定的額定值，以免造成財(cái)產(chǎn)損失、人身傷害或死亡。如果對(duì)額定值有疑問(wèn)，應(yīng)在連接接口電子設(shè)備（包括輸入電源和預(yù)期負(fù)載）之前聯(lián)系德州儀器的現(xiàn)場(chǎng)代表。

7.3 特殊應(yīng)用

如果打算將該組件用于安全關(guān)鍵或生命關(guān)鍵應(yīng)用（如生命支持），必須特別通知德州儀器，并簽訂單獨(dú)的保證和賠償協(xié)議。

TPS54618EVM - 606評(píng)估模塊為電子工程師提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良的電源轉(zhuǎn)換解決方案。通過(guò)深入了解其特點(diǎn)、性能和使用方法，工程師們可以更好地利用該模塊進(jìn)行電源設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。你在使用類似評(píng)估模塊時(shí)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)和見(jiàn)解。