TPS53915 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

在電子設(shè)計領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是常見且關(guān)鍵的元件，它能將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓，為各種電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。德州儀器（Texas Instruments）的 TPS53915 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊（TPS53915EVM - PWR587）就是這樣一款優(yōu)秀的產(chǎn)品，下面就為大家詳細(xì)介紹這款評估模塊。

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一、概述

TPS53915EVM - PWR587 評估模塊采用了 TPS53915 器件，這是一款具有 D - CAP3? 模式的 12 - A 同步降壓轉(zhuǎn)換器，并且集成了 MOSFET。它能夠在 12 - V 輸入總線的情況下，提供高達(dá) 12 A 的 1.2 - V 固定輸出。

二、產(chǎn)品特性與應(yīng)用場景

1. 典型應(yīng)用

該評估模塊適用于多種場景，如服務(wù)器和存儲設(shè)備、工作站和桌面電腦，以及電信基礎(chǔ)設(shè)施等。在這些應(yīng)用中，穩(wěn)定的低電壓電源至關(guān)重要，而 TPS53915EVM - PWR587 正好能滿足這一需求。

2. 產(chǎn)品特性

• 輸出能力：具備 12 - A 的直流穩(wěn)態(tài)輸出電流，能滿足大多數(shù)設(shè)備的供電需求。
• 啟動特性：支持啟動時的預(yù)偏置輸出電壓，確保設(shè)備啟動的穩(wěn)定性。
• 跳線設(shè)置：
  • J2 跳線用于使能功能，方便控制模塊的開啟和關(guān)閉。
  • J5 跳線可用于自動跳過和強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式（FCCM）的選擇，滿足不同的工作模式需求。
  • J7 跳線提供額外的 5 - V 輸入，有助于進(jìn)一步節(jié)省功耗。
• 測試便利性：提供了方便的測試點(diǎn)，可用于探測關(guān)鍵波形，便于工程師對模塊性能進(jìn)行評估。

三、電氣性能規(guī)格

1. 輸入特性

• 電壓范圍：輸入電壓范圍為 5 - 18 V，最大輸入電流在 VIN = 5 V、Io = 8 A 時為 2.5 A，在無負(fù)載且 VIN = 12 V 并開啟自動跳過模式時，輸入電流僅為 1 mA。

  2. 輸出特性

• 輸出電壓：固定為 1.2 V，在不同的輸入電壓和負(fù)載條件下，具有良好的電壓調(diào)節(jié)性能。
• 線路調(diào)節(jié)：在 VIN = 5 V - 14 V 且采用 FCCM 模式時，線路調(diào)節(jié)率為 0.2%。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)：在 VIN = 12 V、IO = 0 A - 8 A 且采用 FCCM 模式時，負(fù)載調(diào)節(jié)率為 0.5%。
• 輸出電壓紋波：在 VIN = 12 V、IO = 8 A 且采用 FCCM 模式時，輸出電壓紋波為 10 mVpp。
• 輸出負(fù)載電流：范圍為 0 - 12 A，最大輸出過電流為 15 A，軟啟動時間為 1 ms。

  3. 系統(tǒng)特性

• 開關(guān)頻率：在 VIN = 12 V、輸出為 1.2 V / 4 A 時，開關(guān)頻率為 1000 kHz。
• 效率：在 VIN = 12 V、輸出為 1.2 V / 8 A 時，峰值效率為 88.5%，滿載效率為 86.9%。
• 工作溫度：工作溫度為 25 °C。

四、測試設(shè)置

1. 測試設(shè)備

• 示波器：用于測量輸出紋波，需設(shè)置為 1 - MΩ 阻抗、20 - MHz 帶寬、AC 耦合，水平分辨率為 1 - μs / 格，垂直分辨率為 20 - mV / 格。通過將示波器探頭尖端置于 TP7，接地桶置于 TP9 來測量輸出紋波電壓。
• 電壓源：輸入電壓源 VIN 需為 0 到 14 - V 的可變直流源，能夠提供 10 A 的直流電流，連接到 J1 上。
• 萬用表：V1 用于測量 TP1（VIN）和 TP4（GND）之間的輸入電壓，V2 用于測量 TP7（VOUT）和 TP9（GND）之間的輸出電壓。
• 輸出負(fù)載：輸出負(fù)載需為電子恒阻模式負(fù)載，能夠在 1.2 V 下提供 0 到 15 A 的直流電流。

  2. 推薦測試設(shè)置

  在連接直流輸入源 VIN 之前，建議將源電流限制在最大 10 A，并將 VIN 初始設(shè)置為 0 V。連接電壓表 V1 測量輸入電壓，連接負(fù)載到 J3 并設(shè)置為恒阻模式，連接電壓表 V2 測量輸出電壓。

五、配置選項

1. PMBus 地址選擇

可以通過改變電阻分壓器的比例來更改 PMBus 地址，不同的電阻值對應(yīng)不同的 PMBus 地址，具體設(shè)置可參考文檔中的表格。

2. 模式選擇

通過 J5 跳線設(shè)置不同的工作模式，如 FCCM 模式和自動跳過模式，并且可以選擇不同的 RC 時間常數(shù)。

3. VDD 引腳電源選擇

通過 J7 跳線可以控制控制器的啟用和禁用，VDD 引腳的輸入電壓范圍為 4.5 V 到 25 V。

六、測試流程

1. 線路和負(fù)載調(diào)節(jié)及效率測量

• 設(shè)置評估模塊，確保負(fù)載設(shè)置為恒阻模式且電流為 0 A。
• 配置所有跳線設(shè)置，在施加 VIN 之前短接 J2 上的跳線。
• 逐漸增加 VIN 到 12 V，使用 V1 測量輸入電壓，移除 J2 上的跳線以啟用控制器。
• 使用 V2 測量輸出電壓，改變負(fù)載從 0 A 到 10 A，確保 VOUT 保持在負(fù)載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)；改變 VIN 從 8 V 到 14 V，確保 VOUT 保持在線路調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
• 測試結(jié)束后，將跳線放置在 J2 上以禁用轉(zhuǎn)換器，將負(fù)載減小到 0 A，將 VIN 減小到 0 V。

2. PMBUS 設(shè)置和驗證

• 從 www.TI.com 下載圖形用戶界面（GUI）軟件，安裝最新版本的 Fusion Digital Power Designer。
• 將 USB 接口適配器連接到評估模塊的 J4，并將 USB 線連接到計算機(jī)。
• 確保評估模塊通電并連接到 USB 接口適配器后，打開 Fusion Designer GUI。
• 選擇相應(yīng)的設(shè)備掃描模式，驗證 GUI 與評估模塊之間的通信，可通過改變評估模塊的頻率來進(jìn)行驗證。

3. 控制回路增益和相位測量

• 設(shè)置評估模塊，連接隔離變壓器到測試點(diǎn) TP5 和 TP8。
• 連接輸入信號幅度測量探頭（通道 A）到 TP10，輸出信號幅度測量探頭（通道 B）到 TP11，將通道 A 和通道 B 的接地引線連接到 TP15。
• 通過隔離變壓器注入約 20 mV 或更小的信號，改變頻率從 100 Hz 到 1 MHz 進(jìn)行測量。
• 在進(jìn)行其他測量之前，斷開隔離變壓器與波特圖測試點(diǎn)的連接，以避免信號注入對其他測量的干擾。

4. 測試點(diǎn)列表

文檔中列出了各個測試點(diǎn)的功能，如 TP1 用于測量轉(zhuǎn)換器輸入電源電壓，TP7 用于測量輸出電壓等，工程師可以根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的測量。

5. 設(shè)備關(guān)機(jī)

測試結(jié)束后，先關(guān)閉負(fù)載，再關(guān)閉 VIN。

七、EVM 組裝圖和 PCB 布局

評估模塊采用六層 2 - oz 銅電路板設(shè)計，文檔中提供了頂層、底層以及各層銅層的組裝圖，方便工程師了解模塊的結(jié)構(gòu)和布局。

八、物料清單

文檔詳細(xì)列出了評估模塊的物料清單，包括電容、電阻、電感、連接器等元件的規(guī)格、數(shù)量、制造商和型號等信息，為工程師進(jìn)行設(shè)計和采購提供了參考。

通過以上介紹，相信大家對 TPS53915 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊有了更深入的了解。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求進(jìn)行配置和測試，充分發(fā)揮該模塊的性能。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。