德州儀器TPS53647：PWR710-EVM評估模塊深度解析

在電源管理領(lǐng)域，德州儀器（TI）的產(chǎn)品一直以高性能和可靠性著稱。今天，我們就來深入探討一下TI的TPS53647控制器以及基于它的PWR710-EVM評估模塊。

文件下載：TPS53647EVM-710.pdf

一、PWR710-EVM評估模塊概述

PWR710-EVM評估模塊采用了TI的TPS53647控制器，這是一款具有PMBus接口的4相DCAP+?同步降壓無驅(qū)動器控制器。該設(shè)備的工作電壓范圍在4.5V至17V之間，并且可以通過PMBus接口進行編程和監(jiān)控。在功率級方面，PWR710-EVM使用了CSD95372B同步降壓NexFET?智能功率級設(shè)備。

1.1 典型應(yīng)用

PWR710-EVM適用于多種場景，包括通信設(shè)備中的ASIC電源、高密度電源解決方案、服務(wù)器電源以及智能電源系統(tǒng)等。這些應(yīng)用場景對電源的穩(wěn)定性和效率都有較高的要求，而PWR710-EVM正好能夠滿足這些需求。

1.2 模塊特性

• 穩(wěn)定輸出：能夠提供穩(wěn)定的1.0V輸出，直流穩(wěn)態(tài)輸出電流最高可達120A。
• 可調(diào)節(jié)性：通過PMBus接口，輸出電壓可以進行裕度調(diào)節(jié)和微調(diào)。
• 可編程性：可以對多個參數(shù)進行編程，如欠壓鎖定（UVLO）保護閾值、軟啟動斜率、設(shè)備啟用和禁用、過流警告和故障限制、開關(guān)頻率以及BOOT電壓等。
• 測試便利性：提供了方便的測試點，便于探測關(guān)鍵波形。

二、電氣性能規(guī)格

這些參數(shù)為工程師在設(shè)計和評估電源系統(tǒng)時提供了重要的參考依據(jù)。在實際應(yīng)用中，我們應(yīng)該如何根據(jù)這些參數(shù)來選擇合適的電源模塊呢？這是每個工程師都需要思考的問題。

三、測試設(shè)置

3.1 測試和配置軟件

TI Fusion Digital Power Designer軟件是用于更改EVM默認(rèn)配置參數(shù)的工具。該軟件通過PMBus協(xié)議，借助TI USB適配器與控制器進行通信。它具有以下特點：

• 電源控制：可以通過硬件控制線或PMBus操作命令開啟或關(guān)閉電源輸出。
• 實時監(jiān)控：實時監(jiān)控輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、溫度、警告和故障等數(shù)據(jù)，并在圖形用戶界面（GUI）上顯示。
• 參數(shù)配置：可以配置輸出電壓微調(diào)、裕度、輸入電壓UVLO、軟啟動斜率、開關(guān)頻率以及警告和故障閾值等常見操作特性。

3.2 測試設(shè)備

• 電壓源：需要兩個直流輸入電壓源，VIN為0V至14V的可變直流源，能夠提供20A的電流；5VIN為5V的直流源，能夠提供1A的電流。
• 萬用表：建議使用兩個萬用表，分別測量VIN和VOUT。
• 輸出負載：使用電子負載，負載能力應(yīng)達到120A。
• 示波器：用于測量輸出噪聲和紋波，通過同軸電纜測量輸出陶瓷電容C76兩端的輸出紋波。
• 風(fēng)扇：在高負載長時間運行時，可能需要使用小風(fēng)扇對EVM進行強制風(fēng)冷，以確保設(shè)備溫度低于105°C。
• USB-to-GPIO接口適配器：EVM與主機計算機之間需要一個通信適配器，推薦使用德州儀器的USB-to-GPIO適配器。

• 推薦線規(guī)：根據(jù)不同的電壓和連接要求，推薦使用不同規(guī)格的電線，具體如下表所示：	電壓（V）	連接	推薦電線尺寸	最大總電線長度（英尺）
  12	VIN到J1	AWG #10	2
  5	5VIN到J14	AWG #18	2
  1	負載到J10和J11	4 × AWG #10	2

3.3 推薦測試設(shè)置

推薦的測試設(shè)置包括VIN和5VIN輸入電壓源、輸出負載以及USB-to-GPIO適配器。通過合理的測試設(shè)置，可以準(zhǔn)確地評估PWR710-EVM的性能。在實際測試中，我們應(yīng)該如何確保測試設(shè)置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性呢？這需要我們在操作過程中嚴(yán)格按照規(guī)范進行。

3.4 USB接口適配器和電纜

德州儀器的USB-to-GPIO適配器和電纜用于實現(xiàn)EVM與主機計算機之間的通信。正確連接適配器和電纜是確保測試順利進行的關(guān)鍵。

3.5 測試點和連接器列表

文檔列出了詳細的測試點和連接器功能，方便工程師在測試過程中進行測量和連接。例如，TP1用于測量VIN+，TP26用于測量VOUT+等。了解這些測試點和連接器的功能，有助于我們更好地進行測試和調(diào)試。

四、EVM配置

4.1 工廠配置參數(shù)

4.2 配置過程

如果需要更改工廠設(shè)置，可以使用TI Fusion Digital Power Designer軟件進行重新配置。在啟動軟件之前，需要先向EVM施加5VIN輸入電壓，以確保控制器和GUI能夠相互識別。具體配置步驟如下：

1. 調(diào)整輸入電源5VIN，提供5V直流電壓，電流限制為1A。
2. 將輸入電源VIN施加到EVM上，參考測試設(shè)置圖進行連接。
3. 啟動Fusion GUI軟件。
4. 根據(jù)需要配置EVM的操作參數(shù)。

五、測試過程

5.1 線路/負載調(diào)節(jié)和效率測量過程

1. 按照推薦測試設(shè)置圖設(shè)置EVM。
2. 將電子負載設(shè)置為0A。
3. 將5VIN從0V增加到5V。
4. 將VIN從0V增加到12V。
5. 將開關(guān)S1置于ON位置。
6. 如果需要，開啟外部風(fēng)扇。
7. 將負載從0A變化到120A，確保VOUT保持在規(guī)定范圍內(nèi)。
8. 將VIN從8V變化到14V，確保VOUT保持在規(guī)定范圍內(nèi)。
9. 將負載減小到0A。
10. 將開關(guān)S1置于OFF位置。
11. 將VIN減小到0V。
12. 將5VIN減小到0V。
13. 如果使用了外部風(fēng)扇，關(guān)閉風(fēng)扇。

5.2 控制回路增益和相位測量過程

PWR710 EVM在反饋回路中包含一個0Ω的串聯(lián)電阻R64，可以將其阻值更改為10Ω，用于回路響應(yīng)分析。具體測量步驟如下：

1. 按照推薦測試設(shè)置圖設(shè)置EVM。
2. 將網(wǎng)絡(luò)分析儀隔離變壓器從J8+連接到J7+。
3. 將輸入信號測量探頭連接到J8+。
4. 將輸出信號測量探頭連接到J7+。
5. 將兩個探頭通道的接地引線連接到J7–或J8–。
6. 在網(wǎng)絡(luò)分析儀上測量J7+ / J8+的Bode圖。
7. 在進行其他測量之前，將隔離變壓器從Bode圖測試點斷開，并將電阻R64改回0Ω，以避免信號注入反饋回路影響其他測量的準(zhǔn)確性。

5.3 效率測量

在測量EVM功率級的效率時，需要在正確的位置測量電壓，以避免測量結(jié)果包含與功率級本身無關(guān)的損耗。輸入電流可以在輸入電線的任何位置測量，輸出電流可以在輸出電線的任何位置測量。通過合理選擇測量點，可以得到不包含連接器和PCB走線損耗的效率測量結(jié)果。

5.4 設(shè)備開啟和關(guān)閉

• 開啟順序：先開啟輸入電源5VIN，再開啟輸入電源VIN并將其增加到8V以上，將開關(guān)S1置于ON位置，根據(jù)需要調(diào)整負載電流，如有必要開啟外部風(fēng)扇。
• 關(guān)閉順序：將負載電流減小到0A，將開關(guān)S1置于OFF位置，將輸入電壓減小到0V并關(guān)閉輸入電源VIN，關(guān)閉輸入電源5VIN，如有使用外部風(fēng)扇則關(guān)閉風(fēng)扇。

六、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔提供了PWR710-EVM的典型性能曲線，包括輸出效率與線路和負載的關(guān)系、負載調(diào)節(jié)曲線以及Bode圖等。這些曲線直觀地展示了EVM在不同條件下的性能表現(xiàn)，為工程師評估和優(yōu)化電源系統(tǒng)提供了重要的參考。同時，還展示了EVM的各種波形，如瞬態(tài)響應(yīng)、輸出紋波、啟用啟動和關(guān)閉等波形，幫助工程師深入了解EVM的工作特性。

七、EVM組裝圖和PCB布局

文檔中展示了PWR710 EVM印刷電路板的設(shè)計圖，包括頂層和底層組裝圖、各層銅箔圖等。了解EVM的組裝圖和PCB布局，有助于工程師進行硬件設(shè)計和調(diào)試，同時也可以更好地理解EVM的工作原理和性能特點。

八、材料清單

文檔列出了EVM的詳細材料清單，包括各種電容、電阻、電感、連接器、控制器、功率級設(shè)備等。這些材料的選擇和使用直接影響到EVM的性能和可靠性。在實際設(shè)計中，我們應(yīng)該如何根據(jù)材料清單選擇合適的元器件呢？這需要我們綜合考慮元器件的性能、成本和可用性等因素。

九、Fusion GUI

Fusion GUI是TI Fusion Digital Power Designer軟件的圖形用戶界面，用于配置和監(jiān)控EVM。通過GUI，用戶可以方便地進行各種參數(shù)配置，如VBOOT、VIN UVLO、過流故障和警告限制、過熱故障和警告限制、開關(guān)頻率等。同時，GUI還提供了實時監(jiān)控功能，用戶可以查看輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、溫度等參數(shù)的實時數(shù)據(jù)。此外，GUI還提供了撤銷更改、寫入硬件、存儲配置到NVM等功能，方便用戶對配置進行管理和保存。

綜上所述，PWR710-EVM評估模塊是一款功能強大、性能穩(wěn)定的電源管理解決方案。通過深入了解其特性、電氣性能規(guī)格、測試設(shè)置、配置過程和性能數(shù)據(jù)等方面，工程師可以更好地應(yīng)用該模塊，設(shè)計出滿足需求的電源系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，我們還需要不斷探索和實踐，充分發(fā)揮該模塊的優(yōu)勢，為電子設(shè)備的穩(wěn)定運行提供可靠的電源保障。你在使用類似的評估模塊時，遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。