探索 TPS60100 和 TPS60110 DC/DC 轉換器評估模塊

一、引言

在電子設計領域，電源管理是至關重要的一環(huán)。Texas Instruments 的 TPS60100 和 TPS60110 電荷泵（也稱為開關電容 DC/DC 轉換器）作為調節(jié)電壓倍增器，在電源轉換方面有著出色的表現(xiàn)。為了幫助設計師更好地評估這兩款設備，TI 推出了相應的評估模塊（EVM）。今天，我們就來詳細了解一下這兩款評估模塊。

文件下載：TPS60100EVM-131.pdf

二、TPS60100 和 TPS60110 電荷泵概述

2.1 基本參數(shù)

TPS60100 在輸入信號為 1.8 V 至 3.6 V 時，輸出電壓為 3.3 V；TPS60110 在輸入電壓為 2.7 V 至 5.4 V 時，輸出電壓為 5 V。這兩款設備均由兩個單端電荷泵組成，它們可以同相（以減少外部組件數(shù)量）或反相（以降低輸出噪聲）運行。

2.2 外部組件

單端模式下（兩個電荷泵同相運行），外部組件最少需要三個；推挽模式下（兩個電荷泵相位相差 180°），則需要四個。而評估模塊為了實現(xiàn)優(yōu)化性能，采用了六個外部組件。

2.3 電容選擇

在電容選擇上，為了達到最佳性能，飛跨電容必須使用陶瓷電容，因為它們需要快速充電和放電，而陶瓷電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）較低，能夠滿足這一要求。對于輸入和輸出端的高電容部分，評估模塊使用了鉭電容，但為了減少一個電荷泵從傳輸階段（輸出電容充電）轉換到另一個電荷泵時的尖峰，在輸入和輸出端，陶瓷電容與鉭電容并聯(lián)使用。這是因為鉭電容的 ESR 過高，無法像陶瓷電容那樣快速濾波。

三、評估模塊（EVM）的原理圖

3.1 原理圖特點

TPS60100 和 TPS60110 的 EVM 原理圖基本相同，主要區(qū)別在于集成電路本身、外部組件的值（見表 1 - 1）以及 3V8 連接器的使用。在 TPS60100 的 EVM 上，3V8 連接器可用于將輸出電壓調整到 3.8 V，而 TPS60110 未實現(xiàn)此模式。若不打算同步 TPS60110，需用跳線將該引腳連接到 GND；當 TPS60100 或 TPS60110 同步時，3V8 連接器的第二個引腳用于施加外部時鐘信號。

3.2 組件信息

電容 (C{5}) 和 (C{6}) 用于減少尖峰。如果在應用中尖峰不是關鍵問題，可以移除這兩個電容。

3.3 連接器

電路板上有兩個六針連接器用于電壓的輸入和輸出，每個連接器的前三個引腳用于電源（IN 或 OUT），后三個引腳用于接地（GND）信號。還有五個三針連接器可用于連接設備的五個邏輯引腳，這些引腳用于調整設備的模式。每個連接器的第一個引腳為電源（In）信號，第二個引腳為邏輯輸入，第三個引腳為接地（GND）信號?？梢允褂锰€將引腳連接到輸入（電源電壓）或接地，也可以使用外部信號源將其他信號連接到第二個引腳。這五個引腳是邏輯電平 CMOS 輸入，其電平規(guī)格可參考數(shù)據(jù)手冊。連接到邏輯引腳的信號值可以高于電源電壓，但不要超過最大額定值。

四、評估模塊（EVM）的布局

4.1 布局特點

組件僅放置在電路板的頂層，底層信號為接地信號（GND）。為了實現(xiàn)良好的性能，整個底層是一個 GND 平面，僅被一些過孔打斷。

4.2 空間信息

評估模塊上集成電路和電容所需的空間約為 (15 ~mm × 16 ~mm = 240 ~mm^{2})。這些電容并非為節(jié)省空間而優(yōu)化，而是為了性能。如果需要優(yōu)化電路板空間，可以使用更小的電容。此外，由于評估模塊上的焊盤比給定電容所需的尺寸大，還可以焊接其他電容。

五、評估模塊（EVM）的設置

為了使評估模塊正常運行，需要遵循以下幾個步驟：

1. 檢查邏輯信號連接：確保所有五個邏輯信號都正確連接，可以使用跳線或外部信號源。
2. 連接負載：在輸出端（GND 和 Out 之間）連接負載。TPS60100 的負載范圍為 16.5 Ω 至 ∞Ω 或 0 mA 至 200 mA；TPS60110 的負載范圍為 16.7 Ω 至 ∞Ω 或 0 mA 至 300 mA。
3. 連接信號源：在輸入端（In）和接地（GND）之間連接具有適當電壓的信號源（或電池組）。TPS60100 的輸入電壓范圍為 1.8 V 至 3.6 V；TPS60110 的輸入電壓范圍為 2.7 V 至 5.4 V。

六、總結

TI 的 TPS60100 和 TPS60110 評估模塊為設計師提供了一個便捷的平臺，用于評估這兩款電荷泵的不同模式和性能。通過合理選擇電容、正確設置邏輯引腳和連接負載、信號源，設計師可以深入了解這兩款設備的特性，為實際應用中的電源設計提供有力支持。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題呢？不妨在評論區(qū)分享一下。