TPS546C23 2-Phase SWIFT降壓轉換器評估模塊使用指南

一、引言

在電子設計領域，電源模塊的性能和穩(wěn)定性至關重要。TPS546C23EVM2 - 746評估模塊作為一款重要的電源解決方案，為工程師們提供了一個評估和驗證TPS546C23芯片性能的平臺。本文將詳細介紹該評估模塊的相關內(nèi)容，包括其特點、電氣性能、測試設置、配置過程以及性能數(shù)據(jù)等，希望能為電子工程師們在設計和應用過程中提供有價值的參考。

文件下載：TPS546C23EVM2-746.pdf

二、評估模塊概述

2.1 基本描述

TPS546C23EVM2 - 746是一款兩相降壓轉換器，采用兩個堆疊的TPS546C23器件。它使用標稱12V總線，可產(chǎn)生高達70A負載電流的穩(wěn)壓輸出。該模塊旨在展示TPS546C23在兩相低輸出電壓應用中的堆疊操作，并提供多個測試點以評估器件性能。此外，通過更改組裝的組件，它還可以改裝成兩個獨立的單相降壓轉換器。

2.2 典型應用

該評估模塊適用于多種應用場景，如高密度電源解決方案、無線基礎設施、開關器、路由器網(wǎng)絡、服務器、存儲以及智能電源系統(tǒng)等。這些應用場景對電源的穩(wěn)定性、效率和功率密度都有較高的要求，而TPS546C23EVM2 - 746正好能夠滿足這些需求。

2.3 特點

• 輸出性能：可提供高達70A的直流穩(wěn)態(tài)輸出電流，輸出電壓為1.2V，且輸出電壓可通過PMBus接口進行裕度調(diào)整和微調(diào)。
• 可編程功能：通過PMBus接口，可對欠壓鎖定（UVLO）、軟啟動、使能、過流警告和故障限制、過壓和欠壓警告和故障限制、開啟和關閉延遲等參數(shù)進行編程設置。
• 測試便利性：提供方便的測試點，便于探測關鍵波形，有助于工程師對模塊的性能進行評估和調(diào)試。

三、電氣性能規(guī)格

需要注意的是，若將輸出過流限制（(I{OUT_OC_FAULT_LIMIT})）設置為45A，輸出電流 (I{OUT}) 最高可達80A。效率是基于特定測試設置測量得出的，其中包括板上銅跡線造成的功率損耗。

四、測試設置

4.1 測試和配置軟件

為了更改評估模塊的默認配置參數(shù)，需要獲取TI Fusion Digital Power Designer軟件。該軟件是一個圖形用戶界面（GUI），用于配置和監(jiān)控安裝在評估模塊上的Texas Instruments TPS546C23電源轉換器。它通過PMBus協(xié)議，借助TI USB適配器在串行總線上與控制器進行通信。該適配器可在[http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio](http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio)購買。

該軟件具有以下功能：

• 通過硬件控制線或PMBus操作命令開啟或關閉電源輸出。
• 實時監(jiān)控輸出電壓、輸出電流、芯片溫度、警告和故障等數(shù)據(jù)，并在GUI上持續(xù)顯示。
• 配置常見的操作特性，如 (V_{out}) 微調(diào)、裕度、欠壓鎖定、軟啟動時間、警告和故障閾值、故障響應以及開/關模式等。

該軟件可在http://www.ti.com/tool/fusion_digital_power_designer下載。

4.2 測試設備

• 電壓源：輸入電壓源 (V{IN}) 應是一個0V - 20V的可變直流源，能夠提供20A的直流電流。將輸入 (V{IN}) 和GND連接到J2和J3，如圖4 - 1所示。
• 萬用表：建議使用兩個獨立的萬用表，一個用于測量 (V{IN})，另一個用于測量 (V{out})。
• 輸出負載：建議使用一個可變電子負載，其負載能力應達到80A。
• 示波器：用于測量輸出噪聲和紋波，建議使用Tip - and - Barrel方法或更好的方法進行輸出紋波測量，如圖4 - 2所示。
• 風扇：在高負載長時間運行時，可能需要使用一個小風扇向評估模塊提供強制風冷，以確保模塊上器件的溫度保持在105°C以下。
• USB - to - GPIO接口適配器：評估模塊和主機計算機之間需要一個通信適配器，該評估模塊設計使用Texas Instruments USB - to - GPIO適配器，可在[http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio](http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio)購買。
• 推薦線規(guī)：輸入 (V_{IN}) 和GND到J2和J3（GND）（12V輸入），推薦使用AWG #12線，線的總長度應小于兩英尺（輸入1英尺，返回1英尺）；輸出J8/J7和GND J10/J11（0.9V輸出），最小推薦線規(guī)為AWG #10，線的總長度應小于兩英尺（輸出1英尺，返回1英尺）。

4.3 推薦測試設置

圖4 - 1展示了推薦的測試設置。圖4 - 2說明了在TP19與TP23或TP20與TP24上對開關節(jié)點波形進行Tip和Barrel測量的方法。

4.4 測試點、跳線和連接器列表

• 測試點：文檔中詳細列出了各個測試點的功能，包括DATA、SMB_ALERT、CNTL、CLK等信號的測量點，以及輸入電壓、輸出電壓、開關節(jié)點等關鍵參數(shù)的測量點。
• 跳線：如JP1、JP2等跳線用于同步連接、PMBUS CNTL連接和SMBALERT連接等，默認情況下，一些跳線是插好的。
• 連接器：J1為PMBUS插座，用于連接TI FUSION適配器；J2、J3、J8、J10、J7、J11等連接器分別用于輸入電壓、輸出電壓和接地連接。

五、EVM配置

5.1 工廠默認配置

TPS546C23在出廠時已進行預配置，表5 - 1列出了一些關鍵的工廠配置參數(shù)，包括地址、命令代碼、編碼和譯碼等信息。例如，U1的PMBUS地址為27十進制，U2的PMBUS地址為36十進制；輸入關閉電壓為4.0V，輸入開啟電壓為4.5V等。

5.2 重新配置過程

若需要將評估模塊配置為非工廠默認設置，可使用TI Fusion Digital Power Designer軟件進行重新配置。在啟動軟件之前，需要向評估模塊施加輸入電壓，以便TPS546C23能夠響應GUI并使GUI識別設備。為避免在配置過程中轉換器啟動，建議施加小于4.5V的輸入電壓，推薦輸入電壓為4V。具體配置步驟如下：

1. 將輸入電源調(diào)整為提供4V（(4V_{DC})），電流限制為1A。
2. 將輸入電壓施加到評估模塊，參考圖4 - 1進行連接和測試設置。
3. 啟動Fusion GUI軟件，可參考第10節(jié)的截圖獲取更多信息。
4. 根據(jù)需要配置評估模塊的操作參數(shù)。默認情況下，兩個TPS546C23設備都配置為環(huán)路控制器，且可以同時啟用操作，并同時連接到PMBUS接口。

六、測試過程

6.1 線路和負載調(diào)整率及效率測量過程

1. 按照圖4 - 1所示設置評估模塊。
2. 確保電子負載設置為吸取0A（(0A_{DC})）。
3. 使用電壓表將 (V_{IN}) 從0V增加到12V，并測量輸入電壓。
4. 使用另一個電壓表測量輸出電壓 (V_{OUT})。
5. 將負載從0A變化到70A（(ADC)），(V_{OUT}) 應保持在表2 - 1定義的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
6. 將 (V{IN}) 從5V變化到18V，(V{OUT}) 應保持在表2 - 1定義的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
7. 將負載減小到0A。
8. 將 (V_{IN}) 減小到0V。

6.2 控制環(huán)路增益和相位測量過程

TPS546C23EVM2 - 746在 (V_{OUT}) 的反饋環(huán)路中包含一個49.9Ω的串聯(lián)電阻，可通過測試點TP14和TP15進行訪問，用于環(huán)路響應分析。在進行環(huán)路響應測量時，應使用這些測試點作為環(huán)路的擾動注入點。具體測量步驟如下：

1. 按照圖4 - 1所示設置評估模塊。
2. 對于 (V_{OUT})，將網(wǎng)絡分析儀的隔離變壓器從TP14連接到TP15。
3. 將輸入信號測量探頭連接到TP14，將輸出信號測量探頭連接到TP15。
4. 將兩個探頭通道的接地引線連接到TP11。
5. 在網(wǎng)絡分析儀上，測量TP15/TP14（Out/In）的Bode圖。

6.3 效率測量

為了評估功率級（器件和電感器）的效率，需要在正確的位置測量電壓，以排除與功率級本身無關的損耗，如銅跡線和輸入輸出連接器的電壓降。輸入電流可以在輸入線的任何點測量，輸出電流可以在被測量輸出的輸出線的任何位置測量。表6 - 2列出了輸入電壓和輸出電壓的測量點，使用這些測量點可以得到排除連接器和PCB跡線損耗的效率測量結果。

七、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，包括效率、負載調(diào)整率、線路調(diào)整率、瞬態(tài)響應、輸出紋波、控制開啟和關閉、兩相之間的電流共享、控制環(huán)路Bode圖以及熱圖像等。這些曲線直觀地展示了TPS546C23EVM2 - 746在不同條件下的性能表現(xiàn)，有助于工程師對模塊的性能進行評估和優(yōu)化。

八、EVM組裝圖和PCB布局

圖8 - 1至圖8 - 9展示了TPS546C23EVM2 - 746評估模塊印刷電路板的設計，包括3D視圖、頂層組裝圖、底層組裝圖、頂層銅層、內(nèi)部層和底層銅層等。這些圖紙為工程師在進行硬件設計和布局時提供了重要的參考。

九、物料清單

表9 - 1列出了TPS546C23EVM2 - 746的物料清單，包括各種電容、電阻、電感、連接器、測試點等組件的數(shù)量、型號、描述和制造商等信息。這有助于工程師在進行模塊組裝和維修時準確獲取所需的組件。

十、截圖

10.1 Fusion GUI截圖

啟動Fusion GUI時，選擇IC_DEVICEID作為掃描模式以查找TPS546C23。通過不同的選項卡可以進行各種配置，如Limits & On/Off選項卡可配置 (V{ref})、OC故障和警告、OT故障和警告、電源良好限制、故障響應、欠壓鎖定、開/關配置、軟啟動時間和裕度電壓等；Advanced選項卡可配置特定寄存器；SMBALERT # Mask選項卡可配置可屏蔽的SMBALERT源；Device Info選項卡可查看設備信息、用戶暫存器、寫保護選項以及 (V{out}) 縮放環(huán)路、(V{out}) 轉換速率和 (I{out}) 校準偏移的配置；All Config選項卡可配置所有可配置參數(shù)，并顯示十六進制編碼等詳細信息。Monitor屏幕可顯示設備測量參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，包括 (V{OUT})、(I{out})、溫度和 (P{out}) 的圖形，還提供啟動/停止輪詢、快速訪問開/關配置、控制引腳激活和OPERATION命令、裕度控制以及清除故障等功能。Status屏幕可顯示設備的狀態(tài)。

十一、總結

TPS546C23EVM2 - 746評估模塊為電子工程師提供了一個全面的平臺，用于評估和驗證TPS546C23芯片在兩相降壓轉換應用中的性能。通過詳細的電氣性能規(guī)格、測試設置、配置過程和性能數(shù)據(jù)，工程師可以更好地了解該模塊的特點和優(yōu)勢，并根據(jù)實際需求進行設計和優(yōu)化。在使用過程中，工程師需要注意安全事項，按照正確的步驟進行操作，以確保測試和配置的準確性和可靠性。同時，結合實際應用場景，合理調(diào)整參數(shù)和配置，以充分發(fā)揮該模塊的性能優(yōu)勢。

你在使用TPS546C23EVM2 - 746評估模塊的過程中遇到過哪些問題呢？你對其性能和配置有什么獨特的見解嗎？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。