TPS54383降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊使用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是電源管理中常見(jiàn)的組件，而TI的TPS54383降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（TPS54383EVM）為工程師們提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)來(lái)評(píng)估該轉(zhuǎn)換器的性能。下面將詳細(xì)介紹這個(gè)評(píng)估模塊的相關(guān)內(nèi)容。

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一、模塊概述

1.1 描述

TPS54383EVM是一個(gè)雙路非同步降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊，它利用12V（±10% / -20%）的穩(wěn)壓總線，能產(chǎn)生兩路穩(wěn)壓電源軌，分別為5.0V和3.3V，每路負(fù)載電流最大可達(dá)2A。該模塊旨在展示TPS54383在典型12V總線系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時(shí)提供了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，方便工程師評(píng)估其在特定應(yīng)用中的性能。而且，通過(guò)更換部分組件，還能將其修改為其他輸入或輸出電壓。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景

此模塊適用于非隔離低電流負(fù)載點(diǎn)和電壓總線轉(zhuǎn)換器，在消費(fèi)電子、液晶電視、計(jì)算機(jī)外設(shè)、數(shù)字機(jī)頂盒等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

1.3 特性

• 輸入范圍：12V（±10% / -20%）
• 輸出電壓：固定5.0V和3.3V，可通過(guò)改變電阻進(jìn)行調(diào)整
• 輸出電流：穩(wěn)態(tài)輸出電流2A（峰值3A）
• 開(kāi)關(guān)頻率：300kHz（由TPS54383固定）
• 電路設(shè)計(jì)：內(nèi)部集成開(kāi)關(guān)MOSFET和外部整流二極管，采用雙面2層有源PCB（所有組件在頂層，測(cè)試點(diǎn)信號(hào)在內(nèi)部層布線）
• 面積：有效轉(zhuǎn)換區(qū)域小于2.5平方英寸（1.15” x 2.15”）
• 測(cè)試點(diǎn)：方便用于探測(cè)開(kāi)關(guān)波形和非侵入式環(huán)路響應(yīng)測(cè)試

二、電氣性能規(guī)格

需要注意的是，推薦負(fù)載電流限制在2A以內(nèi)，以防止整流二極管表面溫度超過(guò)65°C。

三、原理圖

3.1 排序跳線（JP3）

TPS54383EVM提供一個(gè)3針、100密耳的插頭和分流器，用于對(duì)TPS54383的排序功能進(jìn)行編程。將JP3分流器置于左側(cè)位置，可將排序引腳連接到BP，當(dāng)啟用Enable 2時(shí)，使TPS54383控制器先對(duì)通道2進(jìn)行排序；置于右側(cè)位置，將排序引腳連接到GND，當(dāng)啟用Enable 1時(shí)，先對(duì)通道1進(jìn)行排序；移除JP3分流器則禁用排序功能，允許通道1和通道2獨(dú)立啟用。

3.2 啟用跳線（JP1和JP2）

該模塊提供獨(dú)立的3針、100密耳插頭和分流器，用于操作TPS54383的啟用功能。當(dāng)移除JP3時(shí)，將JP1分流器置于左側(cè)位置可將EN1連接到地，開(kāi)啟輸出1；將JP2分流器置于左側(cè)位置可將EN2連接到地，開(kāi)啟輸出2。當(dāng)JP3分流器在左側(cè)位置時(shí)，將JP2分流器置于左側(cè)位置，先開(kāi)啟輸出2，再開(kāi)啟輸出1；當(dāng)JP3分流器在右側(cè)位置時(shí)，將JP1分流器置于左側(cè)位置，先開(kāi)啟輸出1，再開(kāi)啟輸出2。

3.3 測(cè)試點(diǎn)描述

四、測(cè)試設(shè)置

4.1 設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源（VIN）應(yīng)為0 - 15V的可變直流源，能夠提供5A DC電流，連接到J1。
• 儀表：包括0 - 3A的電流表A1，0 - 15V的電壓表V1（用于測(cè)量VIN），0 - 6V的電壓表V2（用于測(cè)量VOUT1），0 - 4V的電壓表V3（用于測(cè)量VOUT2）。
• 負(fù)載：輸出1負(fù)載（LOAD1）應(yīng)為能夠在5.0V下提供0 - 2A DC電流的電子恒流模式負(fù)載；輸出2負(fù)載（LOAD2）應(yīng)為能夠在3.3V下提供0 - 2A DC電流的電子恒流模式負(fù)載。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器測(cè)量VOUT上的紋波電壓，設(shè)置為1MΩ阻抗、20MHz帶寬、交流耦合、1μs/格水平分辨率、10mV/格垂直分辨率。
• 推薦線規(guī)：VIN到J1的連接，推薦使用AWG #16線，總長(zhǎng)度小于4英尺；J2到LOAD1和J3到LOAD2的連接，推薦使用AWG #18線，總長(zhǎng)度小于2英尺。
• 其他：由于評(píng)估模塊中的組件在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)熱，建議使用一個(gè)能夠提供200 - 400 lfm風(fēng)量的小風(fēng)扇，以降低組件表面溫度，防止用戶受傷。

4.2 設(shè)備設(shè)置

按照?qǐng)D4 - 1所示的基本測(cè)試設(shè)置進(jìn)行連接，具體步驟如下：

1. 在靜電放電（ESD）工作站工作，確保在給EVM通電前，將任何腕帶、靴帶或墊子連接到接地端，同時(shí)佩戴靜電防護(hù)服和安全眼鏡。
2. 在連接直流輸入源VIN之前，建議將源電流限制在最大5.0A，確保VIN初始設(shè)置為0V，并按圖4 - 1所示連接。
3. 在VIN和J1之間連接電流表A1（0 - 5A范圍）。
4. 將電壓表V1連接到TP1和TP2。
5. 將LOAD1連接到J2，在施加VIN之前將LOAD1設(shè)置為恒流模式，吸收0A電流。
6. 將電壓表V2跨接在TP3和TP4上。
7. 將LOAD2連接到J3，在施加VIN之前將LOAD2設(shè)置為恒流模式，吸收0A電流。
8. 將電壓表V3跨接在TP18和TP19上。
9. 放置風(fēng)扇并開(kāi)啟，確保空氣流過(guò)EVM。

4.3 啟動(dòng)/關(guān)閉程序

1. 將VIN從0V增加到12V DC。
2. 將LOAD1從0A變化到2A DC。
3. 將LOAD2從0A變化到2A DC。
4. 將VIN從9.6V DC變化到13.2V DC。
5. 將VIN降低到0V DC。
6. 將LOAD1降低到0A。

4.4 輸出紋波電壓測(cè)量程序

1. 將VIN從0V增加到12V DC。
2. 將LOAD1調(diào)整到0A到2A DC之間的所需負(fù)載。
3. 將VIN調(diào)整到9.6V DC到13.2V DC之間的所需負(fù)載。
4. 將示波器探頭連接到TP3和TP4或TP18和TP19。
5. 測(cè)量輸出紋波。
6. 將VIN降低到0V DC。
7. 將LOAD1降低到0A。

4.5 控制環(huán)路增益和相位測(cè)量程序

1. 將1kHz到1MHz的隔離變壓器連接到TP6和TP8。
2. 將輸入信號(hào)幅度測(cè)量探頭（通道A）連接到TP8。
3. 將輸出信號(hào)幅度測(cè)量探頭（通道B）連接到TP6。
4. 將通道A和通道B的接地引線連接到TP5和TP7。
5. 通過(guò)隔離變壓器在R1上注入30mV或更小的信號(hào)。
6. 以10Hz或更低的后置濾波器將頻率從1kHz掃描到1MHz。
7. 控制環(huán)路增益可通過(guò)公式 (20 × LOGleft(frac{ ChannelB }{ ChannelA }right)) 測(cè)量。
8. 控制環(huán)路相位通過(guò)通道A和通道B之間的相位差測(cè)量。
9. 對(duì)于通道2的控制環(huán)路測(cè)量，將TP6替換為TP16，TP8替換為TP14，TP5替換為TP17，TP7替換為TP15。
10. 在進(jìn)行其他測(cè)量之前，斷開(kāi)隔離變壓器，因?yàn)橄蚍答佔(zhàn)⑷胄盘?hào)可能會(huì)干擾其他測(cè)量的準(zhǔn)確性。

4.6 設(shè)備關(guān)閉

1. 關(guān)閉示波器。
2. 關(guān)閉VIN。
3. 關(guān)閉LOAD1。
4. 關(guān)閉風(fēng)扇。

五、典型性能數(shù)據(jù)和特性曲線

5.1 效率

圖5 - 1展示了TPS54383EVM在不同輸入電壓（9.6 - 13.2V）下，VOUT1 = 5.0V和VOUT2 = 3.3V時(shí)，效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線。

5.2 線路和負(fù)載調(diào)整率

圖5 - 2顯示了在不同輸入電壓（9.6 - 13.2V）下，VOUT1 = 5.0V和VOUT2 = 3.3V時(shí)，輸出電壓與負(fù)載電流的關(guān)系曲線，體現(xiàn)了線路和負(fù)載調(diào)整率的情況。

5.3 輸出電壓紋波

圖5 - 3給出了在VIN = 13.2V，IOUT1 = IOUT2 = 2A時(shí)的輸出電壓紋波情況。

5.4 開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)

圖5 - 4展示了VIN = 12V，IOUT = 2A時(shí)，通道1（TP9）和通道2（TP12）的開(kāi)關(guān)波形。

5.5 控制環(huán)路波特圖（低線，VIN = 8V）

圖5 - 5呈現(xiàn)了TPS54383EVM的增益和相位與頻率的關(guān)系曲線。

5.6 輕載操作（僅修訂版A PCB）

在輕載操作時(shí)，當(dāng)電感電流低于800mA，TPS54383控制器會(huì)進(jìn)入脈沖跳過(guò)模式，此時(shí)輸出紋波電壓會(huì)增加。表5 - 1顯示了輕載電流范圍內(nèi)的典型輸出紋波情況。

六、EVM組裝圖紙和布局

圖6 - 1至圖6 - 6展示了TPS54383EVM印刷電路板的設(shè)計(jì)。該EVM采用4層、2盎司覆銅電路板，尺寸為3.0” x 3.0”，所有組件位于頂層的1.15” x 2.15”有效區(qū)域內(nèi)，所有有源走線分布在頂層和底層，方便用戶在實(shí)際雙面應(yīng)用中輕松查看、探測(cè)和評(píng)估TPS54383控制設(shè)備。對(duì)于空間受限的系統(tǒng)，將組件移到PCB兩側(cè)或使用額外的內(nèi)部層可以進(jìn)一步減小尺寸。

七、材料清單

表7 - 1列出了TPS54383EVM的材料清單，包括電容、電感、電阻、二極管、接頭、測(cè)試點(diǎn)和集成電路等組件的詳細(xì)信息。

八、修訂歷史

從修訂版C（2008年1月）到修訂版D（2021年10月），文檔更新了表格、圖形和交叉引用的編號(hào)格式，并更新了用戶指南的標(biāo)題。

通過(guò)以上對(duì)TPS54383EVM評(píng)估模塊的詳細(xì)介紹，相信工程師們能夠更好地了解和使用該模塊，在實(shí)際設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)類似模塊的其他問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。