TPS65160EVM - 194評(píng)估模塊：設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

引言

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源管理模塊的性能至關(guān)重要。TPS65160EVM - 194評(píng)估模塊專為滿足電視顯示器和TFT LCD面板的電源需求而設(shè)計(jì)，它能將8 - 14V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為四種典型的偏置電源電壓。本文將深入探討該評(píng)估模塊的技術(shù)細(xì)節(jié)、設(shè)置方法、測(cè)試結(jié)果以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、模塊規(guī)格與性能

1.1 性能規(guī)格

需要注意的是，VGx在特定輸出電流下會(huì)有3%的壓降，且電荷泵由VS驅(qū)動(dòng)，增加其輸出電流會(huì)降低VS的最大可用輸出電流。

1.2 模塊修改

• 電源定制：用戶可通過更改數(shù)據(jù)手冊(cè)（SLVS566）中列出的反饋電阻來改變各軌的穩(wěn)壓輸出電壓，但需注意不超過每個(gè)輸出的最大電壓規(guī)格。同時(shí)，可使用替代的電容、電感和二極管，但要遵循數(shù)據(jù)手冊(cè)中的推薦值。例如，開關(guān)轉(zhuǎn)換器應(yīng)使用陶瓷輸出電容，否則可能導(dǎo)致輸出紋波增大或操作不穩(wěn)定。
• 輸入 - 輸出隔離：非同步升壓轉(zhuǎn)換器存在從輸入到輸出的路徑，為提供輸入 - 輸出隔離，該模塊提供了一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)（GD）引腳來控制外部PMOS FET開關(guān)和相關(guān)無源元件。不過，EVM上的MOSFET（Q1）和相關(guān)無源元件未安裝，開關(guān)Q1由零歐姆電阻（R13）短路。
• 電荷泵短路保護(hù)：提供VGH的正電荷泵電路沒有內(nèi)部短路保護(hù)。若需要短路保護(hù)，可將零歐姆電阻R2替換為通過公式[R 2=left(V{S}-V{S C H O T T K Y}right) / I_{S C-V G H}]計(jì)算得出阻值的電阻，其中ISC - VGH為每個(gè)電荷泵所需的短路電流水平，且最大輸出電流將限制在約ISC - VGH / 2。

二、設(shè)置與測(cè)試結(jié)果

2.1 連接與跳線

該評(píng)估模塊有多個(gè)跳線，不同的跳線設(shè)置會(huì)影響模塊的工作狀態(tài)：

• J1 - VGH IN：用于連接正電荷泵的高端外部二極管，在EVM上，由于隔離MOSFET被短路，J1置于任何位置結(jié)果相同；若安裝Q1，建議將J1置于VS位置。
• J2 - EN2：中間引腳連接升壓轉(zhuǎn)換器和正電荷泵的使能引腳，連接到VIN時(shí)，在降壓轉(zhuǎn)換器達(dá)到穩(wěn)壓且DLY2設(shè)置的延遲時(shí)間過后啟動(dòng)；連接到GND時(shí)，兩者禁用。
• J3 - EN1：中間引腳連接降壓轉(zhuǎn)換器和負(fù)電荷泵的使能引腳，連接到VIN時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)，延遲DLY1設(shè)置的時(shí)間后負(fù)電荷泵啟動(dòng)；連接到GND時(shí)，兩者禁用。
• J4 - FREQ：中間引腳連接IC的FREQ引腳，連接到VIN時(shí)開關(guān)頻率為750 kHz，連接到GND時(shí)為500 kHz。
• J5 - VIN和GND：輸入電源正端和接地端連接。
• J6 - VGL和GND：負(fù)電荷泵的輸出電壓和接地端連接。
• J7 - V_LOGIC和GND：降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和接地端連接。
• J8 - VGH Boost：連接到2X時(shí)，電荷泵作為電壓倍增器工作；連接到3X時(shí)，若適當(dāng)修改電阻分壓器，可作為電壓三倍器工作。
• J9 - VGH和GND：正電荷泵的輸出和接地端連接。
• J10 - VS和GND：主升壓轉(zhuǎn)換器的輸出和接地端連接。
• J11 - SUP：中間引腳連接SUP引腳，大多數(shù)應(yīng)用中應(yīng)連接到OS以獲得正電荷泵的最高可能電壓；當(dāng)VS大于15 V時(shí)，應(yīng)連接到VIN。

2.2 推薦測(cè)試設(shè)置

連接一個(gè)額定電流為5A、輸出電壓為12V ± 5%的電源到J5，不要超過15V。輸出電壓可通過電壓表或示波器監(jiān)測(cè)。在啟用J2和J3的跳線之前，需確保J4、J8和J11處于默認(rèn)位置。

2.3 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試得到了升壓轉(zhuǎn)換器效率、降壓轉(zhuǎn)換器效率以及EN2 = VIN時(shí)的上電時(shí)序等結(jié)果，這些結(jié)果有助于評(píng)估模塊的性能。

三、電路板布局

3.1 布局建議

PCB布局對(duì)電源供應(yīng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，不良的布局可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器不穩(wěn)定、負(fù)載調(diào)節(jié)問題、噪聲和EMI問題。以下是TPS65160EVM - 194電源設(shè)計(jì)的布局建議：

• 分離AVIN和VINB的電源供應(yīng)走線，并使用單獨(dú)的旁路電容。
• 使用短而寬的走線連接OS引腳到升壓轉(zhuǎn)換器的輸出。
• 為VGH和VGL的電荷泵驅(qū)動(dòng)引腳（DRN、DRP）使用短走線。
• 將電荷泵的飛跨電容盡可能靠近DRP和DRN引腳放置。
• 將電荷泵的肖特基二極管盡可能靠近IC和連接到DRP、DRN的飛跨電容放置。
• 將負(fù)電荷泵的反饋網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)引腳走線（DRN），使用FREQ引腳和走線隔離DRN和FBN。
• 將電感式開關(guān)轉(zhuǎn)換器的肖特基二極管盡可能靠近SW引腳放置，以減少開關(guān)尖峰。

3.2 電路板層

文檔提供了TPS65160EVM - 194的頂部組裝層、頂層和底層的布局圖，有助于工程師了解電路板的實(shí)際結(jié)構(gòu)。

四、原理圖與物料清單

4.1 原理圖

文檔給出了TPS65160EVM - 194的原理圖，這是深入了解模塊電路結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。

4.2 物料清單

物料清單詳細(xì)列出了模塊中使用的各種元件，包括電容、二極管、電感、電阻、IC等的參數(shù)和型號(hào)，為工程師進(jìn)行元件選型和采購(gòu)提供了參考。

五、重要注意事項(xiàng)

該評(píng)估模塊僅用于工程開發(fā)、演示或評(píng)估目的，并非適合一般消費(fèi)者使用的成品。使用時(shí)需注意輸入電壓范圍為8 - 14V，輸出電壓范圍為 - 40 - 20V，超出范圍可能導(dǎo)致意外操作或模塊損壞。同時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)部分電路元件的外殼溫度可能超過125°C，操作時(shí)需注意安全。

通過對(duì)TPS65160EVM - 194評(píng)估模塊的詳細(xì)分析，工程師可以更好地理解其工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從而在實(shí)際項(xiàng)目中合理應(yīng)用該模塊，提高電源管理的效率和穩(wěn)定性。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似模塊的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。