深入剖析 TPS65023EVM-205 評估模塊：設(shè)計與應(yīng)用指南

在電子設(shè)備的開發(fā)過程中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。德州儀器（Texas Instruments）推出的 TPS65023EVM-205 評估模塊，為使用單節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池供電且需要多電源軌的應(yīng)用提供了強大的解決方案。本文將詳細介紹該評估模塊的特點、操作以及使用方法，為電子工程師們在電源管理設(shè)計方面提供有價值的參考。

文件下載：TPS65023EVM-205.pdf

一、模塊概述

TPS65023EVM-205 評估模塊旨在幫助用戶評估和測試 TPS65023 的各種工作模式。TPS65023 是一款集成電源管理 IC，適用于單節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池供電的應(yīng)用，包含三個高效開關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器、兩個 LDO 以及額外的狀態(tài)和 I/O 引腳，通過 I2C 接口（HPA172）進行控制。

二、運行要求

1. 個人計算機

需要一臺帶有 USB 端口的計算機來操作該評估模塊。運行在個人計算機上的 TPS65023 接口軟件通過 PC 的 USB 端口與評估模塊進行通信，用戶可以通過 USB 端口向評估模塊發(fā)送命令并讀取 TPS65023 內(nèi)部寄存器的內(nèi)容。

2. 印刷電路板組件

TPS65023EVM-205 PCB 包含 TPS65023 IC 及其所需的外部組件。該電路板上有多個跳線和連接器，允許用戶根據(jù)特定的操作條件對電路板進行定制。

3. USB 轉(zhuǎn) I2C 適配器

HPA172 是 PC 和評估模塊之間的通信橋梁。適配器一側(cè)通過提供的 USB 電纜連接到 PC，另一側(cè)通過提供的帶狀電纜連接到評估模塊。當(dāng)用戶向評估模塊寫入命令時，運行在 PC 上的接口程序?qū)⒚畎l(fā)送到 PC 的 USB 端口，適配器接收 USB 命令并將信號轉(zhuǎn)換為 I2C 協(xié)議，然后將 I2C 信號發(fā)送到 TPS65023 電路板。當(dāng)用戶從評估模塊讀取狀態(tài)寄存器時，PC 發(fā)送讀取評估模塊上寄存器的命令，評估模塊接收到命令后通過 I2C 接口報告寄存器的狀態(tài)，適配器接收 I2C 接口上的信息，將其轉(zhuǎn)換為 USB 協(xié)議并發(fā)送到 PC。

4. 軟件

德州儀器提供軟件來幫助用戶評估該評估模塊。安裝軟件時，將附帶的 CD 插入計算機，軟件應(yīng)自動啟動。如果沒有自動啟動，可以通過“開始” - “運行”，輸入“D:setup.exe”（假設(shè) D 為 CD 驅(qū)動器）并點擊“確定”來啟動安裝。同時，建議在 TI 網(wǎng)站的 TPS65023 產(chǎn)品文件夾中查看軟件的最新版本。

三、設(shè)置步驟

1. 輸入/輸出連接器說明

• J1 - VIN：來自外部電源的輸入電壓，建議最大為 5.5 V，輸入電流取決于負載，但通常小于 2 A。
• J2 - GND：VIN 的返回連接。
• J3 - VINLDO/GND：LDO1 和 LDO2C 的輸入電壓和返回。電阻 R20 將此引腳連接到 VDCDC1，如果使用外部電源，需移除 R20，建議最大輸入電壓為 5.5 V。
• J4 - VSYSIN/GND：VSYSIN 的輸入電壓和返回，是 RTC 的輸入電壓之一。電阻 R21 可用于將此輸入連接到 VDCDC1，如果使用外部電源，需移除 R21，建議最大輸入電壓為 4 V。
• J5 - VBACKUP/GND：VBACKUP 的輸入電壓和返回，是 RTC 的輸入電壓之一，板上沒有連接到電壓輸入，建議最大輸入電壓為 4 V。
• J6 - VRTC/GND：RTC 電路的輸出電壓。
• J7 - 故障輸出：該連接器上有四個故障輸出，包括 PWRFAIL（輸入電壓低于 3 V 時發(fā)生故障）、INT（輸入或輸出電壓出現(xiàn)故障時發(fā)生故障）、RESPWRON（由 SW1 控制的低復(fù)位信號，持續(xù) 144 ms）和 LOWBAT（輸入電壓低于 3.6 V 時發(fā)生故障）。
• J8 - USB：該接頭復(fù)制了 J20 接口連接器的信號。
• J9 - VDCDC1：DCDC1 開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出，最大輸出電流為 1.2 A，默認電壓設(shè)置為 3.3 V。
• J10 - GND：VDCDC1 的返回。
• J11 - VDCDC2：DCDC2 開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出，最大輸出電流為 1 A，默認電壓設(shè)置為 2.5 V。
• J12 - GND：VDCDC2 的返回。
• J13 - VLDO1：低壓差穩(wěn)壓器 VLDO1 的輸出，最大輸出電流為 200 mA，默認值為 1.1 V。
• J14 - GND：VLDO1 的返回。
• J15 - VLDO2：低壓差穩(wěn)壓器 VLDO2 的輸出，最大輸出電流為 200 mA，默認值為 1.3 V。
• J16 - GND：VLDO2 的返回。
• J17 - VDCDC3：開關(guān)穩(wěn)壓器 DCDC3 的輸出，最大輸出電流為 800 mA，默認值為 1.55 V。
• J18 - GND：VDCDC3 的返回。
• J19 - USB：USB 接口連接器。
• JP1 - DEF1：設(shè)置 DCDC1 的默認電壓，可選 1.2 V 或 1.6 V。
• JP2 - DEF2：設(shè)置 DCDC2 的默認電壓，可選 3.3 V 或 1.8 V。
• JP3 - DEF3：設(shè)置 DCDC3 的默認電壓，可選 3.3 V 或 1.8 V。
• JP4 - DCDC1 ON/OFF：DCDC1 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制，默認設(shè)置為開啟。
• JP5 - DCDC2 ON/OFF：DCDC2 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制，默認設(shè)置為開啟。
• JP6 - DCDC3 ON/OFF：DCDC3 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制，默認設(shè)置為開啟。
• JP7 - LDO ON/OFF：LDO1 和 LDO2 穩(wěn)壓器的開關(guān)控制，默認設(shè)置為開啟。
• JP8 - DEFLDO1：與 DEFLDO2 組合設(shè)置 LDO1 和 LDO2 的默認電壓。
• JP9 - DEFLDO2：與 DEFLDO1 組合設(shè)置 LDO1 和 LDO2 的默認電壓。
• S1 - HOT_RST：一個常開的瞬時按鈕開關(guān)，按下時將 TPS65023 的 HOT_RST 輸入連接到 GND，產(chǎn)生 HOT_RESET 脈沖，HOT_RESET 引腳外部上拉。

2. 具體設(shè)置步驟

在操作評估模塊之前，需要遵循以下步驟：

1. 安裝 TPS65023EVM 軟件。
2. 將輸入電壓和負載連接到評估模塊。
3. 將所有評估模塊的跳線配置為出廠設(shè)置，具體如下：
   • JP4 - ON
   • JP1 - 1.6V
   • JP3 - 1.8V
   • JP2 - 1.8V
   • JP5 - ON
   • JP6 - ON
   • JP7 - ON
   • JP9 - High
   • JP8 - High
4. 在評估模塊和 USB-TO-GPIO（HPA172）適配器之間連接帶狀電纜。
5. 在計算機和 HPA172EVM 之間連接 USB 電纜。
6. 打開所有電源。
7. 運行 TPS65023EVM 軟件。

四、電路板布局

1. 布局重要性

電路板布局對于所有開關(guān)模式電源都至關(guān)重要。TPS65023EVM-205 PWB 的電路板布局通過圖 1 至圖 5 展示，高開關(guān)頻率和電流的節(jié)點較短，并與對噪聲敏感的反饋電路隔離，同時對高頻電流環(huán)路的布線給予了仔細考慮。具體的布局指南可參考數(shù)據(jù)手冊。

2. 各層布局說明

• 圖 1 - 裝配層：展示了電路板的整體裝配情況。
• 圖 2 - 頂層布線：呈現(xiàn)了頂層的布線方式。
• 圖 3 - 第 2 層布線，接地平面：說明了第 2 層的布線以及接地平面的設(shè)置。
• 圖 4 - 第 3 層布線，Vin 平面：展示了第 3 層的布線和 Vin 平面的情況。
• 圖 5 - 底層布線：呈現(xiàn)了底層的布線布局。

五、原理圖和物料清單

1. 原理圖

圖 6 展示了 TPS65023EVM-205 的原理圖，為工程師提供了電路連接的詳細信息。

2. 物料清單

六、重要注意事項

1. 評估板使用限制

該評估板僅用于工程開發(fā)、演示或評估目的，不被視為適合一般消費者使用的成品。處理該產(chǎn)品的人員必須具備電子培訓(xùn)，并遵守良好的工程實踐標(biāo)準(zhǔn)。評估板不滿足歐盟關(guān)于電磁兼容性、有害物質(zhì)限制（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE 或 UL 的指令，可能不符合這些指令或其他相關(guān)指令的技術(shù)要求。

2. 保修和責(zé)任

如果評估板不符合用戶指南中規(guī)定的規(guī)格，可在交付日期起 30 天內(nèi)退還以獲得全額退款。用戶承擔(dān)貨物正確和安全處理的所有責(zé)任和義務(wù)，并對因貨物處理或使用產(chǎn)生的所有索賠向德州儀器進行賠償。由于產(chǎn)品的開放式結(jié)構(gòu)，用戶有責(zé)任采取所有適當(dāng)?shù)撵o電放電預(yù)防措施。

3. 操作范圍限制

重要的是在輸入電壓范圍 3.3 V 至 5.5 V 和輸出電壓范圍 0.8 V 至 3.3 V 內(nèi)操作該評估模塊。超出指定的輸入范圍可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)υu估模塊造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。如果對輸入范圍有疑問，請在連接輸入電源之前聯(lián)系 TI 現(xiàn)場代表。施加超出指定輸出范圍的負載可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)υu估模塊造成永久性損壞。在連接任何負載到評估模塊輸出之前，請查閱評估模塊用戶指南。如果對負載規(guī)格不確定，請聯(lián)系 TI 現(xiàn)場代表。

4. 溫度注意事項

在正常操作期間，一些電路組件的外殼溫度可能超過 60°C。只要保持輸入和輸出范圍，評估模塊設(shè)計為在某些組件溫度高于 60°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、功率晶體管和電流感測電阻。可以使用評估模塊用戶指南中的原理圖來識別這些類型的設(shè)備。在操作期間將測量探頭放置在這些設(shè)備附近時，請注意這些設(shè)備可能會很燙。

總之，TPS65023EVM-205 評估模塊為電子工程師提供了一個強大的工具，用于評估和測試 TPS65023 電源管理 IC 的性能。通過遵循本文介紹的設(shè)置步驟和注意事項，工程師們可以更好地利用該評估模塊進行電源管理設(shè)計和開發(fā)。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。