TPS55010EVM - 009 低功耗隔離式 Fly - Buck? 轉(zhuǎn)換器評估模塊詳解

在電子設(shè)計(jì)中，電源模塊的性能和設(shè)計(jì)合理性至關(guān)重要。今天我們來詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）的 TPS55010EVM - 009 低功耗隔離式 Fly - Buck? 轉(zhuǎn)換器評估模塊。

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一、模塊概述

TPS55010EVM - 009 評估模塊主要用于展示 TPS55010 調(diào)節(jié)器的性能和特點(diǎn)。TPS55010 是一款 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，能夠在 4.5V 至 5.5V 的輸入電壓源下提供高達(dá) 200mA 的輸出電流。該評估模塊設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)在于，它能展示使用 TPS55010 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)時(shí)可實(shí)現(xiàn)的小尺寸印刷電路板面積。其開關(guān)頻率外部設(shè)定為標(biāo)稱 350kHz，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 TPS55010 能實(shí)現(xiàn)良好的效率。補(bǔ)償組件位于集成電路（IC）外部，通過外部分壓器可實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。此外，TPS55010 還提供可調(diào)的慢啟動(dòng)和欠壓鎖定輸入功能。不過要注意，TPS55010EVM - 009 的絕對最大輸入電壓為 6V。

輸入電壓和輸出電流范圍

性能規(guī)格總結(jié)

模塊修改

該評估模塊可以進(jìn)行一些修改，以滿足不同的設(shè)計(jì)需求：

• 輸入電壓范圍：TPS55010EVM - 009 通?？稍?5V 或 3.3V 的輸入電壓下工作。若要使用 3.3V 標(biāo)稱輸入電壓，需移除 R3（使 EVM 能從較低輸入電壓啟動(dòng)），并將 R9 更改為 511kΩ（將開關(guān)頻率更改為 200kHz）。
• 工作頻率、慢啟動(dòng)和欠壓鎖定（UVLO）：工作頻率、慢啟動(dòng)時(shí)間和 UVLO 電壓均可調(diào)整。R9 設(shè)定工作頻率，C5 設(shè)定慢啟動(dòng)時(shí)間，R2 和 R3 組成的電阻分壓器設(shè)定 UVLO 啟動(dòng)和停止電壓。具體調(diào)整參數(shù)可參考 TPS55010 數(shù)據(jù)手冊（SLVSAV0）。
• 齊納二極管和輸出緩沖器：在無負(fù)載條件下，如果沒有輸出電壓限制，輸出電壓 (V_{OUT}) 可能高達(dá) 15V。TPS55010EVM - 009 通過一個(gè)標(biāo)稱 5.6V 的齊納二極管與電阻串聯(lián)，將 J2 處的輸出電壓限制在 6V。當(dāng) J2 處的外部負(fù)載約為 3mA 以上時(shí)，齊納二極管對電路的負(fù)載影響可忽略不計(jì)。此外，在輸出整流器兩端提供了 R - C 緩沖器的占位，雖然緩沖器會(huì)影響效率，但可用于抑制整流器兩端的振鈴。

二、測試設(shè)置與結(jié)果

輸入/輸出連接

連接時(shí)，需要一個(gè)能夠提供 0.5A 電流的電源通過一對 20AWG 電線連接到 J1，負(fù)載則通過一對 20AWG 電線連接到 J2。測試點(diǎn) TP2 用于監(jiān)測 (V_{IN}) 輸入電壓，TP5 作為方便的接地參考；TP10 用于監(jiān)測輸出電壓，TP4 作為接地參考。

測試結(jié)果

• 效率：在環(huán)境溫度為 25°C 時(shí)，TPS55010EVM - 009 的效率如圖 1 所示。不過，由于內(nèi)部 MOSFET 漏源電阻的溫度變化，在較高環(huán)境溫度下效率可能會(huì)降低。
• 負(fù)載調(diào)整率：圖 2 展示了在環(huán)境溫度為 25°C 時(shí) TPS55010EVM - 009 的負(fù)載調(diào)整率情況。
• 線性調(diào)整率：圖 3 顯示了在環(huán)境溫度為 25°C 時(shí) TPS55010EVM - 009 的線性調(diào)整率，輸入電壓 (V_{IN}=5V)。
• 環(huán)路特性：圖 4 展示了 TPS55010EVM - 009 的環(huán)路響應(yīng)特性。在 0mA 負(fù)載時(shí)，單位增益帶寬為 32.5kHz，相位裕度為 53 度；在 200mA 負(fù)載時(shí)，單位增益帶寬為 25.2kHz，相位裕度為 82 度。
• 輸出電壓紋波：圖 5 展示了輸出電流為額定滿載 200mA 且 (V_{IN}=5V) 時(shí)，TPS55010EVM - 009 的輸出電壓紋波情況，紋波電壓直接在輸出電容兩端測量。
• 輸入電壓紋波：圖 6 展示了輸出電流為額定滿載 200mA 且 (V_{IN}=5V) 時(shí)，TPS55010EVM - 009 的輸入電壓紋波情況，紋波電壓直接在輸入電容兩端測量。
• 上電情況：圖 7 展示了 (V{IN}) 上升時(shí)的啟動(dòng)波形，輸出負(fù)載為 22Ω。當(dāng) (V{IN}) 達(dá)到上升的 UVLO 電壓 4.5V 時(shí)，輸出開始上升。

三、電路板布局

布局設(shè)計(jì)

TPS55010EVM - 009 的電路板布局如圖 8 - 10 所示。評估模塊的頂層布局采用了典型的用戶應(yīng)用方式，頂層和底層均為 2oz 銅?；镜牟季譁?zhǔn)則如下：

• 將輸入電容靠近 TPS55010 的 (V_{IN}) 和 GND 端子放置。
• 合理安排變壓器、輸入電容和調(diào)節(jié)電壓電容的位置，以最小化環(huán)路面積。
• 將模擬控制電路（COMP、VSENSE、RT/CLK 和 SS 引腳）的 GND 端連接在一起，并與主電源 GND 分開，然后在單點(diǎn)將該模擬 GND 走線/形狀連接到電源 GND（TPS55010 的 PowerPAD? IC 封裝）。TPS55010 的 PowerPAD? 封裝可用于從設(shè)備中散熱，必須按照 TPS55010 數(shù)據(jù)手冊（SLVSAV0）所示，通過多個(gè)過孔連接到 GND 平面。

估計(jì)電路面積

該設(shè)計(jì)中使用的組件的估計(jì)印刷電路板面積為 0.70 平方英寸，此面積不包括測試點(diǎn)或連接器。

四、原理圖和物料清單

原理圖

圖 11 為 TPS55010EVM - 009 的原理圖，它詳細(xì)展示了各個(gè)組件之間的連接關(guān)系，對于理解模塊的工作原理至關(guān)重要。

物料清單

了解物料清單可以幫助我們在設(shè)計(jì)和維護(hù)過程中準(zhǔn)確選擇和替換組件。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)這些信息對 TPS55010EVM - 009 進(jìn)行靈活應(yīng)用和調(diào)整，以滿足不同的項(xiàng)目需求。大家在使用過程中有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。