TPS40077 Buck控制器評估模塊使用指南

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，開關(guān)電源的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。TPS40077EVM - 001評估模塊為我們提供了一個(gè)很好的平臺，用于評估TPS40077降壓控制器的性能。它能夠?qū)?2V輸入轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的1.8V輸出，最大負(fù)載電流可達(dá)10A，適用于多種應(yīng)用場景。

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二、模塊概述

2.1 描述

TPS40077EVM - 001使用8V - 16V的輸入總線，能夠產(chǎn)生高達(dá)10A負(fù)載電流的1.8V穩(wěn)壓輸出。該模塊展示了TPS40077在典型12V總線到低壓應(yīng)用中的使用，同時(shí)提供了多個(gè)測試點(diǎn)，方便評估TPS40077的性能。通過更改單個(gè)電阻，還可以將輸出電壓調(diào)整為0.9V - 3.3V。

2.2 應(yīng)用

• 非隔離、中電流負(fù)載點(diǎn)和低壓總線轉(zhuǎn)換器。
• 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
• 電信設(shè)備。
• 直流電源分布式系統(tǒng)。

2.3 特性

• 輸入范圍：8V - 16V。
• 固定1.8V輸出，可通過單個(gè)電阻調(diào)節(jié)。
• 10A直流穩(wěn)態(tài)輸出電流。
• 300kHz開關(guān)頻率。
• 單主開關(guān)N溝道MOSFET和單同步整流器N溝道MOSFET。
• 雙面PCB，所有元件都在頂層。
• 有源轉(zhuǎn)換器面積小于2.4平方英寸（1.0英寸×2.4英寸）。
• 方便的測試點(diǎn)，用于探測關(guān)鍵波形和非侵入式環(huán)路響應(yīng)測試。

三、電氣性能規(guī)格

3.1 輸入特性

3.2 輸出特性

3.3 系統(tǒng)特性

3.4 機(jī)械特性

四、原理圖及相關(guān)操作

4.1 調(diào)整輸出電壓

需要注意的是，TPS40077EVM - 001在這些輸出電壓下是穩(wěn)定的，但由于功率級是針對1.8V輸出進(jìn)行優(yōu)化的，效率可能會受到影響。

4.2 禁用功能

TPS40077EVM - 001提供了一個(gè)禁用輸入（J3），用戶可以通過短接J3的引腳來禁用TPS40077控制器，此時(shí)EVM將關(guān)閉，兩個(gè)FET驅(qū)動器也會關(guān)閉。

4.3 測試設(shè)置

4.3.1 設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源（V12V_IN）應(yīng)為0V - 16V的可變直流源，能夠提供5A的直流電流。將其連接到J1。
• 儀表：包括0 - 5A的電流表A1、0V - 16V的電壓表V1（測量V12V_IN）和0V - 5V的電壓表V2（測量V1V5_OUT）。
• 負(fù)載：輸出負(fù)載（LOAD1）必須是能夠在1.8V下提供0A - 15A直流電流的恒流模式電子負(fù)載。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器測量Vout上的紋波電壓。示波器應(yīng)設(shè)置為1MΩ阻抗、20MHz帶寬、交流耦合、1μs/格的水平分辨率和20mV/格的垂直分辨率。通過將示波器探頭尖端穿過TP9并將接地桶連接到TP10來測量輸出紋波電壓。
• 推薦線規(guī)：V12V_IN到J1的連接應(yīng)使用最小AWG #16的電線，總長度小于4英尺（輸入2英尺，返回2英尺）；J2到LOAD1的電源連接應(yīng)使用2 × AWG #16的電線，總長度小于4英尺（輸出2英尺，返回2英尺）。

4.3.2 設(shè)備設(shè)置步驟

1. 在ESD工作站工作，確保在給EVM通電前，將任何腕帶、鞋帶或墊子連接到接地，同時(shí)佩戴靜電服和安全眼鏡。
2. 在連接直流輸入源V12V_IN之前，建議將源電流限制在最大5.0A，并將V12V_IN初始設(shè)置為0V，然后按照圖3 - 3進(jìn)行連接。
3. 按照圖3 - 3連接電流表A1。
4. 將電壓表V1連接到TP1和TP2。
5. 將LOAD1連接到J2，并在施加V12V_IN之前將LOAD1設(shè)置為恒流模式以吸收0A直流電流。
6. 將電壓表V2連接到輸出J2。
7. 將示波器探頭連接到TP9和TP10。

4.4 啟動/關(guān)閉程序

1. 將V12V_IN從0V增加到12V。
2. 將LOAD1從0A變化到10A。
3. 將V12V_IN從8V變化到16V。
4. 將LOAD1減小到0A。

4.5 控制環(huán)路增益和相位測量程序

1. 將1kHz - 1MHz的隔離變壓器連接到TP3和TP6。
2. 將輸入信號幅度測量探頭（通道A）連接到TP3。
3. 將輸出信號幅度測量探頭（通道B）連接到TP6。
4. 將通道A和通道B的接地引線連接到TP8。
5. 通過隔離變壓器在TP3和TP6之間注入25mV或更小的信號。
6. 以10Hz或更低的后置濾波器從1kHz到1MHz進(jìn)行頻率掃描。
7. 通過 (20 × LOGleft(frac{ ChannelB }{ ChannelA }right)) 測量控制環(huán)路增益。
8. 通過通道A和通道B之間的相位差測量控制環(huán)路相位。
9. 在進(jìn)行其他測量之前，從TP3和TP6斷開隔離變壓器，因?yàn)樾盘栕⑷敕答伩赡軙蓴_其他測量的準(zhǔn)確性。

4.6 設(shè)備關(guān)閉

1. 關(guān)閉示波器。
2. 關(guān)閉LOAD1。
3. 關(guān)閉V12V_IN。

五、典型性能數(shù)據(jù)和特性曲線

5.1 效率

效率曲線展示了TPS40077EVM - 001在不同輸入電壓和負(fù)載電流下的效率情況。

5.2 線性和負(fù)載調(diào)整率

該曲線顯示了輸出電壓隨輸入電壓和負(fù)載電流變化的情況，線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率均控制在0.5%以內(nèi)。

5.3 輸出紋波

典型輸出紋波曲線展示了在特定條件下輸出電壓的紋波情況，最大紋波電壓為40mVpp。

5.4 瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)響應(yīng)曲線展示了負(fù)載階躍變化時(shí)輸出電壓的響應(yīng)情況，包括過沖和穩(wěn)定時(shí)間等參數(shù)。

5.5 波特圖

波特圖展示了控制環(huán)路的增益和相位特性，交叉頻率為30.7kHz。

六、EVM組裝圖和布局

TPS40077EVM - 001采用雙面2盎司覆銅電路板設(shè)計(jì)，所有元件都在頂層，方便用戶在實(shí)際應(yīng)用中查看、探測和評估TPS40077。對于空間受限的系統(tǒng)，可以將元件移動到PCB的兩側(cè)或使用額外的內(nèi)層來進(jìn)一步減小尺寸。

七、材料清單

材料清單列出了EVM根據(jù)原理圖配置的所有組件，包括電容、電感、MOSFET、電阻和IC等，為工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和維修提供了詳細(xì)的信息。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)這些信息選擇合適的組件，并結(jié)合測試結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。你是否在實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到過類似的電源模塊評估問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。