TPS23750 Buck-Converter評(píng)估板HPA107：設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在電子工程師的日常工作中，評(píng)估板是驗(yàn)證和測(cè)試電路設(shè)計(jì)的重要工具。今天，我們就來(lái)深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的TPS23750 Buck-Converter評(píng)估板HPA107。

文件下載：TPS23750EVM-107.pdf

評(píng)估板概述

HPA107評(píng)估模塊實(shí)現(xiàn)了符合IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的3類電源接口和非隔離式DC/DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。它采用了德州儀器的TPS23750受電設(shè)備（PD）控制器，適用于典型的以太網(wǎng)供電（PoE）配置。該DC/DC轉(zhuǎn)換器是一個(gè)5V輸出的降壓轉(zhuǎn)換器，也有3.3V輸出的物料清單（BOM）選項(xiàng)。此外，印刷電路板上還包含一個(gè)小型原型區(qū)域。評(píng)估板還配備了獨(dú)立的LED，用于顯示DC/DC轉(zhuǎn)換器和PoE接口的工作狀態(tài)，并且在所有關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)都提供了測(cè)試點(diǎn)。評(píng)估板的電源可以通過(guò)以太網(wǎng)電纜的備用或數(shù)據(jù)線提供，也可以使用墻式適配器等輔助電源。

規(guī)格、原理圖和物料清單

電氣規(guī)格

原理圖

雖然文檔中未詳細(xì)展示原理圖，但它是評(píng)估板設(shè)計(jì)的重要組成部分，對(duì)于理解電路的工作原理和信號(hào)流向至關(guān)重要。

物料清單

物料清單詳細(xì)列出了評(píng)估板所需的各種元器件，包括電容、電阻、二極管、MOSFET、電感、變壓器等。不同輸出電壓（3.3V和5V）的元器件數(shù)量和型號(hào)可能會(huì)有所不同。例如，對(duì)于3.3V輸出，電阻R10的阻值為0.15Ω；而對(duì)于5V輸出，電阻R10的阻值為0.18Ω。

電路板布局

布局設(shè)計(jì)

評(píng)估板的布局設(shè)計(jì)需要遵循一些基本原則，以確保電源和電磁干擾/靜電放電（EMI/ESD）性能。具體建議如下：

1. 功率流布局：部件的放置應(yīng)根據(jù)功率流以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行，例如從RJ - 45接口到以太網(wǎng)變壓器，再到二極管橋、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和0.1mF電容，然后到TPS23750、大容量電容，最后到轉(zhuǎn)換器輸入。
2. 信號(hào)交叉避免：應(yīng)避免信號(hào)從功率流的一部分交叉到另一部分。
3. 短引線和寬功率走線：所有引線應(yīng)盡可能短，使用寬功率走線，并采用信號(hào)和返回線配對(duì)的方式。
4. 安全間距：在48V輸入電壓軌之間以及輸入和隔離轉(zhuǎn)換器輸出之間，必須遵守符合安全標(biāo)準(zhǔn)（如IEC60950）的間距要求。
5. 接地平面：TPS23750應(yīng)位于參考PoE輸入(V{ss})和轉(zhuǎn)換器操作RTN的分割局部接地平面上。雖然PoE側(cè)可以沒(méi)有接地平面，但轉(zhuǎn)換器側(cè)必須有。PowerPadTM必須連接到(V{ss})平面或填充區(qū)域，特別是在考慮功率耗散時(shí)。
6. 銅填充和走線：在表面貼裝功率耗散器件上應(yīng)使用大銅填充和走線，在功率路徑中應(yīng)使用寬走線或覆蓋銅填充。
7. 轉(zhuǎn)換器布局規(guī)則：
   • 信號(hào)配對(duì)：減少發(fā)射和噪聲，特別是對(duì)于承載高電流脈沖的路徑，包括功率半導(dǎo)體和磁性元件。
   • 縮短走線長(zhǎng)度：減少所有相關(guān)走線的長(zhǎng)度。
   • 垂直配對(duì)：盡可能使用垂直配對(duì)。
   • 謹(jǐn)慎使用接地平面：用于開(kāi)關(guān)電流。
   • 隔離高電流和高電壓開(kāi)關(guān)：避免影響低電平傳感電路，包括電源外部的電路。
   • 保護(hù)電流傳感信號(hào)：RSP/RSN上的電流傳感是最關(guān)鍵、對(duì)噪聲敏感的信號(hào)，必須采取保護(hù)措施。
   • 注意高壓區(qū)域間距：特別關(guān)注轉(zhuǎn)換器高壓部分周圍的間距。

實(shí)際布局

評(píng)估板有頂面和底面布局，文檔中雖未詳細(xì)描述布局圖，但布局設(shè)計(jì)的合理性對(duì)于評(píng)估板的性能至關(guān)重要。

使用評(píng)估板

典型設(shè)置

在使用評(píng)估板之前，建議工程師先閱讀TPS23750的數(shù)據(jù)手冊(cè)。典型的EVM設(shè)置如圖所示，通過(guò)以太網(wǎng)電纜將端口J1連接到供電設(shè)備（PSE），該端口同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和電源；端口J2僅傳輸數(shù)據(jù)，不要施加電源；端口J3可接受來(lái)自墻式適配器等輔助電源的輸入；端口J4為輸出電壓端口。

接口說(shuō)明

測(cè)量注意事項(xiàng)

在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 磁場(chǎng)干擾：電感器L2產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)可能會(huì)將噪聲耦合到測(cè)量中，在測(cè)量低電平信號(hào)（如輸出紋波電壓）時(shí)，這種噪聲可能會(huì)比較明顯。因此，應(yīng)保持示波器探頭的接地引線短，并遠(yuǎn)離L2，以減少噪聲拾取。
2. 接地環(huán)路：如果測(cè)試設(shè)備連接到評(píng)估板，可能會(huì)產(chǎn)生接地環(huán)路。為避免接地環(huán)路，可將測(cè)試設(shè)備和/或電源浮置。

評(píng)估板操作

TPS23750數(shù)據(jù)手冊(cè)詳細(xì)描述了降壓轉(zhuǎn)換器受電設(shè)備中各個(gè)組件的電氣操作和功能，評(píng)估板中的電路與數(shù)據(jù)手冊(cè)中的電路類似。

相關(guān)文檔

評(píng)估板的相關(guān)文檔包括TPS23750、TPS23770集成100V IEEE 802.3af PD和DC/DC控制器的數(shù)據(jù)手冊(cè)（SLVS590）以及IEEE Std 802.3af標(biāo)準(zhǔn)。這些文檔對(duì)于深入了解評(píng)估板的工作原理和技術(shù)細(xì)節(jié)非常有幫助。

總結(jié)

TPS23750 Buck-Converter評(píng)估板HPA107為工程師提供了一個(gè)方便的平臺(tái)，用于驗(yàn)證和測(cè)試PoE和DC/DC轉(zhuǎn)換電路的性能。通過(guò)合理的布局設(shè)計(jì)、正確的使用方法和對(duì)相關(guān)文檔的深入理解，工程師可以充分發(fā)揮評(píng)估板的優(yōu)勢(shì)，為實(shí)際項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供有力支持。在使用評(píng)估板時(shí)，一定要注意輸入電壓范圍、負(fù)載范圍等參數(shù)，避免損壞評(píng)估板。你在使用類似評(píng)估板時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。