TPS61170EVM-280評估模塊：高效升壓轉(zhuǎn)換解決方案

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。今天我們要探討的是德州儀器（Texas Instruments）的TPS61170EVM - 280評估模塊，它為我們提供了一個(gè)高效的升壓轉(zhuǎn)換解決方案。

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一、模塊概述

TPS61170EVM - 280評估模塊旨在幫助工程師評估TPS61170電源解決方案。該模塊采用了TPS61170可調(diào)輸出升壓轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)?V至18V的輸入電壓提升至24V輸出。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是在保證效率的同時(shí)，盡可能減小整體解決方案的尺寸。

（一）性能規(guī)格

這里需要注意的是，最小和最大值包含了1%的電阻容差以及IC反饋參考電壓容差。

（二）組件選擇與修改

為了實(shí)現(xiàn)小尺寸的設(shè)計(jì)目標(biāo)，模塊選擇了具有小尺寸封裝的電容和電感。這些組件經(jīng)過精心挑選，以在提高效率、減少紋波的同時(shí)，最小化整體解決方案的尺寸。不過，如果需要修改模塊的輸入和輸出電壓范圍，可能需要更換以下組件：肖特基二極管、輸入或輸出電容、電感、反饋電阻或誤差放大器補(bǔ)償組件。在進(jìn)行組件更換時(shí)，建議參考數(shù)據(jù)手冊和設(shè)計(jì)工具。

特別要注意的是，在修改REV A版本的PCB時(shí)，強(qiáng)烈建議在使用烙鐵移除或更換組件（特別是輸入電容和電感）之前，先將PCB放在熱板上加熱。否則，連接這些組件與IC引腳的寬走線在焊接時(shí)的膨脹和冷卻時(shí)的收縮可能會(huì)損壞IC。如需進(jìn)一步的解釋和指導(dǎo)，可參考TI應(yīng)用報(bào)告QFN/SON PCB Attachment {SLUA271}。

二、設(shè)置與測試結(jié)果

（一）輸入/輸出連接

• J1 - VIN：這是輸入電源的正連接頭，連接時(shí)應(yīng)將引線扭在一起，并盡量縮短長度。
• J2 - GND：輸入電源的返回連接頭。
• J3 - VOUT：設(shè)備的正輸出頭。
• J4 - GND：負(fù)載的返回連接頭。
• J5 - USB - TO - GPIO連接器：用于連接EVM和USB - TO - GPIO接口盒的10針帶狀電纜，僅在使用軟件進(jìn)行調(diào)光時(shí)使用。
• JP1 - ON/CTRL：安裝跳線可將CTRL引腳連接到VIN，從而開啟設(shè)備；移除跳線則允許內(nèi)部下拉電阻將CTRL拉至地，從而禁用設(shè)備。

（二）硬件要求

該EVM需要一個(gè)能夠提供9V至18V、1.5A的外部電源。如果要改變默認(rèn)的反饋（FB）值，從而動(dòng)態(tài)改變穩(wěn)壓輸出電壓，用戶可以向CTRL引腳施加脈沖寬度調(diào)制（PWM）或數(shù)字控制信號(hào)。使用PWM控制FB電壓時(shí)，需要一個(gè)能夠驅(qū)動(dòng)CTRL引腳、幅度為1.2V至18V、頻率為5kHz至100kHz的PWM信號(hào)的函數(shù)發(fā)生器。此外，用戶還可以使用數(shù)字控制信號(hào)改變FB電壓。EVM套件包含一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）軟件光盤和USB - TO - GPIO接口盒，安裝在PC上并連接到EVM后，用戶可以通過GUI界面與EVM進(jìn)行通信。PC的最低要求包括：Windows?2000或Windows?XP操作系統(tǒng)、USB端口、至少30MB的可用硬盤空間（建議100MB）以及至少256MB的RAM。

（三）硬件設(shè)置

連接電源到J1和J2，打開電源并安裝JP1后，EVM將根據(jù)性能規(guī)格表調(diào)節(jié)輸出電壓。為了減輕負(fù)載瞬態(tài)事件期間可能出現(xiàn)的電感電壓下降，可能需要額外的輸入電容。

如果要通過PWM信號(hào)改變輸出電壓，需移除JP1上的跳線和J5上的10針帶狀電纜（如果已安裝），并按以下步驟操作：

1. 連接電源到J1和J2并打開電源。
2. 將配置好的函數(shù)發(fā)生器連接到JP1的CTRL側(cè)。
3. 調(diào)整函數(shù)發(fā)生器5kHz - 100kHz PWM信號(hào)的占空比，以產(chǎn)生所需的反饋電壓。PWM信號(hào)的占空比與穩(wěn)壓輸出電壓成正比，即VFB = DCTRL * 1.229V。

如果要通過運(yùn)行TPS6116x Controller軟件的PC和USB - TO - GPIO接口盒發(fā)送數(shù)字控制信號(hào)來改變輸出電壓，需移除JP1上的跳線或函數(shù)發(fā)生器，并按以下步驟操作：

1. 使用USB電纜將USB - TO - GPIO盒的一端連接到PC，另一端使用提供的10針帶狀電纜連接到TPS61161EVM的J5。
2. 連接電源到J1和J2并打開電源。
3. 運(yùn)行軟件。

（四）軟件安裝與操作

軟件可以從CD或TI網(wǎng)站安裝。從CD安裝時(shí)，插入CD并運(yùn)行Setup.exe，按照提示完成安裝；從TI網(wǎng)站安裝時(shí)，訪問http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/tps6116xevm - sw.html 。安裝過程中，軟件會(huì)嘗試安裝Microsoft Dot Net Framework 2.0（如果尚未安裝），這是軟件運(yùn)行所必需的。

安裝完成后，軟件會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。要再次運(yùn)行軟件，可通過“開始” -> “所有程序” -> “Texas Instruments, Inc.” -> “TPS6116x Controller EVM Software”。啟動(dòng)時(shí)，軟件會(huì)檢查USB - TO - GPIO適配器盒的固件版本，如果版本不正確，會(huì)自動(dòng)在互聯(lián)網(wǎng)上搜索更新。

TPS61170 IC有一個(gè)5位寄存器，用于存儲(chǔ)誤差放大器調(diào)節(jié)FB引腳的反饋電壓。使用EasyScale?協(xié)議，用戶可以對一個(gè)單獨(dú)的數(shù)字IC進(jìn)行編程，以生成一個(gè)信號(hào)，將該寄存器更改為32個(gè)離散設(shè)置之一，從而改變FB電壓和后續(xù)的穩(wěn)壓輸出電壓。軟件提供了一個(gè)GUI界面，允許用戶直接或通過下拉框更改位。更改位后，必須按下“Write”按鈕。要退出EasyScale?模式，需要將CTRL引腳拉低2.5ms，然后重新啟動(dòng)IC。

（五）測試結(jié)果

測試結(jié)果通過一系列圖表展示，包括不同輸入電壓下的效率、啟動(dòng)過程、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、環(huán)路增益以及PWM操作等。這些圖表直觀地反映了模塊在不同條件下的性能。

三、電路板布局

（一）布局重要性

對于所有開關(guān)模式電源來說，電路板布局都至關(guān)重要。TPS61170EVM的HPA280印刷電路板布局將具有高頻噪聲的開關(guān)節(jié)點(diǎn)與對噪聲敏感的反饋電路隔離開來，并仔細(xì)考慮了高頻電流回路的布線。具體的布局可參考數(shù)據(jù)手冊中的指導(dǎo)。

（二）布局圖示

模塊提供了頂層組裝層、頂層和底層的布局圖示，幫助工程師更好地了解電路板的結(jié)構(gòu)。

四、物料清單與原理圖

（一）物料清單

詳細(xì)的物料清單列出了模塊中每個(gè)組件的數(shù)量、參考編號(hào)、值、描述、尺寸、零件編號(hào)和制造商等信息。這為工程師在進(jìn)行組件更換或維修時(shí)提供了方便。

（二）原理圖

TPS61170EVM - 280的原理圖直觀地展示了模塊的電路結(jié)構(gòu)，有助于工程師深入了解模塊的工作原理。

五、重要注意事項(xiàng)

（一）使用范圍

該評估模塊僅用于工程開發(fā)、演示或評估目的，并非適合一般消費(fèi)者使用的成品。它未經(jīng)過電磁兼容性、有害物質(zhì)限制（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL等相關(guān)指令的測試，可能不符合這些指令的技術(shù)要求。

（二）電壓范圍

操作該EVM時(shí)，必須在3V至18V的輸入電壓范圍和最高39V的輸出電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。超出指定輸入范圍可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)VM造成不可逆損壞；連接超出指定輸出范圍的負(fù)載可能導(dǎo)致意外操作和/或可能對EVM造成永久性損壞。

（三）溫度注意

在正常操作期間，某些電路組件的外殼溫度可能高于125°C。只要保持輸入和輸出范圍，EVM設(shè)計(jì)為在某些組件高于85°C的情況下仍能正常工作。這些組件包括但不限于線性穩(wěn)壓器、開關(guān)晶體管、通晶體管和電流感測電阻。在操作過程中，靠近這些設(shè)備放置測量探頭時(shí)，要注意它們可能會(huì)很燙。

TPS61170EVM - 280評估模塊為工程師提供了一個(gè)高效、可靠的升壓轉(zhuǎn)換解決方案。通過了解其性能規(guī)格、設(shè)置方法、測試結(jié)果以及注意事項(xiàng)，工程師可以更好地利用該模塊進(jìn)行電源設(shè)計(jì)和評估。你在使用類似模塊時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。