深入解析PWR594 EVM：雙輸出DC/DC模擬模塊的應(yīng)用與測試

在電子工程領(lǐng)域，電源模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。PWR594 EVM作為一款雙輸出DC/DC模擬模塊，憑借其獨特的設(shè)計和功能，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出了卓越的性能。本文將深入探討PWR594 EVM的特點、測試設(shè)置、配置方法以及性能數(shù)據(jù)，為電子工程師們提供全面的參考。

文件下載：TPS40425EVM-594.pdf

一、PWR594 EVM概述

PWR594 EVM默認設(shè)計為雙輸出轉(zhuǎn)換器，使用標稱12 - V總線，可產(chǎn)生高達20 A負載電流的1.2 - V穩(wěn)壓輸出和1.8 - V穩(wěn)壓輸出。該模塊采用TPS40425或TPS40428控制器，這兩款控制器均為雙輸出、2相、可堆疊的PMBus同步降壓無驅(qū)動控制器，工作電壓范圍為4.5 - V至20 - V，支持通過PMBus接口進行編程和監(jiān)控。

1.1 典型應(yīng)用

• 無線基礎(chǔ)設(shè)施：為無線基站等設(shè)備提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，確保設(shè)備的正常運行。
• 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：如交換機、路由器、服務(wù)器和存儲設(shè)備等，滿足其對電源的高要求。

1.2 功能特點

• 穩(wěn)壓輸出：提供1.2 - V和1.8 - V的穩(wěn)壓輸出，最大直流穩(wěn)態(tài)輸出電流可達20 A。
• 可調(diào)節(jié)性：通過PMBus接口可對輸出進行裕度調(diào)節(jié)和微調(diào)，同時支持可編程的欠壓鎖定（UVLO）、軟啟動、使能功能，以及過流警告和故障限制、過壓和欠壓故障限制等。
• 方便測試：提供多個測試點，便于對控制器的性能進行評估。

二、電氣性能規(guī)格

三、測試設(shè)置

3.1 測試和配置軟件

為了更改EVM上的默認配置參數(shù)，需要使用TI Fusion Digital Power Designer軟件。該軟件是一個圖形用戶界面（GUI），通過PMBus協(xié)議與控制器進行通信，可實現(xiàn)電源輸出的開關(guān)控制、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控以及常見操作特性的配置。軟件可從http://www.ti.com/tool/fusion_digital_power_designer下載。

3.2 測試設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源 (V_{IN}) 應(yīng)為0 - 14 - V的可變直流源，能夠提供15 A的電流。
• 萬用表：建議使用三個萬用表，分別測量 (V{IN})、(V{OUT1}) 和 (V_{OUT2})。
• 輸出負載：使用兩個可變電子負載，每個負載的電流能力應(yīng)達到20 A。
• 示波器：用于測量輸出噪聲和紋波，建議使用Tip - and - Barrel方法進行測量。
• 風扇：在高負載長時間運行時，可能需要使用小風扇對EVM進行強制風冷，確保設(shè)備溫度低于105°C。
• USB - to - GPIO接口適配器：用于EVM與主機計算機之間的通信，可從[http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio](http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio)購買。

3.3 電源順序

功率級CSD95378B需要+5 - V電源，且必須在軟啟動前準備好。如果使用板載+5 - V電源，默認情況下，J1上放置跳線，板載+5 - V電源用于功率級。如果使用外部+5 - V電源，必須在軟啟動前準備好，并在控制器關(guān)閉前一直提供。具體跳線配置如下：

• 板載+5 - V（默認）：在J1和J3上放置跳線，移除J2上的跳線。
• 外部+5 - V：在J2和J3上放置跳線，移除J1上的跳線。

3.4 推薦測試設(shè)置

推薦的測試設(shè)置包括輸入電源、電壓測量設(shè)備、負載設(shè)備和通信適配器等，具體連接方式可參考文檔中的示意圖。

3.5 測試點和連接器列表

文檔中詳細列出了測試點和連接器的功能，方便工程師進行測試和調(diào)試。

四、EVM配置

EVM出廠時已預(yù)配置，關(guān)鍵工廠配置參數(shù)可參考文檔中的表格。如果需要將EVM配置為其他設(shè)置，可使用TI Fusion Digital Power Designer軟件進行重新配置。配置前，需向EVM施加輸入電壓，建議輸入電壓為4 V，以避免配置過程中轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生不必要的活動。

4.1 配置步驟

1. 調(diào)整輸入電源，提供4 VDC，電流限制為1 A。
2. 將輸入電壓施加到EVM上，參考測試設(shè)置示意圖進行連接。
3. 啟動Fusion GUI軟件，參考文檔中的截圖進行操作。
4. 根據(jù)需要配置EVM的操作參數(shù)。

需要注意的是，(I{OUT_CAL_GAIN}) 參數(shù)用于控制器計算輸出電流水平，在TPS40425 EVM中，默認處于非智能功率模式，該參數(shù)應(yīng)等于等效電感DCR值；在TPS40428 EVM中，默認處于智能功率模式，該參數(shù)必須設(shè)置為0.5 mΩ。此外，(T{ON_RISE}) 參數(shù)可能會影響啟動性能，啟動時輸出電容組的浪涌電流與負載電流之和必須小于過流故障水平，以確保正常啟動。

五、測試程序

5.1 線路/負載調(diào)節(jié)和效率測量程序

按照以下步驟進行線路/負載調(diào)節(jié)和效率測量：

1. 按照推薦測試設(shè)置搭建EVM。
2. 確保兩個電子負載的電流設(shè)置為0 A。
3. 使用電壓表#3將 (V_{IN}) 從0 V增加到12 V，測量輸入電壓。
4. 使用電壓表#1測量輸出電壓 (V_{OUT1})。
5. 將負載從0 A變化到20 A，(V_{OUT1}) 應(yīng)保持在規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
6. 將 (V{IN}) 從7 V變化到14 V，(V{OUT1}) 應(yīng)保持在規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
7. 將負載減小到0 A。
8. 使用電壓表#2測量輸出電壓 (V_{OUT2})。
9. 將負載從0 A變化到20 A，(V_{OUT2}) 應(yīng)保持在規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
10. 將 (V{IN}) 從7 V變化到14 V，(V{OUT2}) 應(yīng)保持在規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
11. 將負載減小到0 A。
12. 將 (V_{IN}) 減小到0 V。

5.2 控制環(huán)路增益和相位測量程序

PWR594 EVM在 (V{OUT1}) 和 (V{OUT2}) 的反饋環(huán)路中包含一個49.9 - Ω的串聯(lián)電阻，用于環(huán)路響應(yīng)分析。測量時，每次只能測量一個輸出，具體步驟如下：

1. 按照推薦測試設(shè)置搭建EVM。
2. 對于 (V_{OUT1})，將網(wǎng)絡(luò)分析儀的隔離變壓器從TP7連接到TP8。
3. 將輸入信號測量探頭連接到TP8，輸出信號測量探頭連接到TP7。
4. 將兩個探頭通道的接地引線連接到TP16。
5. 在網(wǎng)絡(luò)分析儀上測量Bode圖（TP7/TP8）。
6. 對于 (V_{OUT2})，將網(wǎng)絡(luò)分析儀的隔離變壓器從TP29連接到TP28。
7. 將輸入信號測量探頭連接到TP28，輸出信號測量探頭連接到TP29。
8. 將兩個探頭通道的接地引線連接到TP15。
9. 在網(wǎng)絡(luò)分析儀上測量Bode圖（TP29/TP28）。
10. 在進行其他測量之前，斷開隔離變壓器與Bode圖測試點的連接，以免信號注入反饋環(huán)路影響其他測量的準確性。

5.3 效率測量

測量EVM功率級的效率時，需要在正確的位置測量電壓，以避免測量結(jié)果包含與功率級本身無關(guān)的損耗。測量 (V{OUT1}) 的效率時，通過Fusion GUI禁用 (V{OUT2})；測量 (V{OUT2}) 的效率時，禁用 (V{OUT1})。輸入電流可在輸入線的任何位置測量，輸出電流可在被測量輸出的輸出線的任何位置測量。

5.4 設(shè)備開啟和關(guān)閉順序

• 開啟順序：
  • 如果使用外部+5 - V電源，先開啟外部+5 - V電源；如果使用板載+5 - V電源，則跳過此步驟。
  • 開啟輸入電源，將 (V_{IN}) 增加到7 V以上。
  • 開啟PWM。
  • 根據(jù)需要調(diào)整兩個輸出的負載電流。
• 關(guān)閉順序：
  • 將兩個輸出的負載電流減小到0 A。
  • 關(guān)閉PWM。
  • 將輸入電壓減小到0 V。
  • 如果使用外部+5 - V電源，關(guān)閉外部+5 - V電源；如果使用板載+5 - V電源，則跳過此步驟。
  • 如果使用外部風扇，關(guān)閉外部風扇。

六、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中提供了TPS40425EVM的典型性能曲線和波形，包括效率、負載調(diào)節(jié)、Bode圖、瞬態(tài)響應(yīng)、輸出紋波以及使能開啟和關(guān)閉波形等。這些數(shù)據(jù)和曲線可以幫助工程師更好地了解PWR594 EVM的性能特點，為實際應(yīng)用提供參考。

七、EVM組裝圖和PCB布局

文檔展示了PWR594 EVM印刷電路板的設(shè)計，包括頂層組裝圖、底層組裝圖、頂層銅層、內(nèi)部層和底層銅層等。這些圖紙有助于工程師了解EVM的結(jié)構(gòu)和布局，為進一步的設(shè)計和調(diào)試提供幫助。

八、物料清單

文檔列出了PWR594 - 001（TPS40425 EVM）和PWR594 - 002（TPS40428 EVM）的物料清單，包括電容、電感、二極管、晶體管、電阻、連接器等元件的型號和制造商。

九、截圖

文檔提供了Fusion GUI的截圖，展示了設(shè)備掃描模式選擇、配置參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控屏幕、系統(tǒng)儀表盤和狀態(tài)屏幕等界面。這些截圖有助于工程師快速熟悉軟件的操作和功能。

十、兩相配置

PWR594 EVM可以通過更改物料清單配置為兩相模式。文檔中提供了兩相配置的原理圖和組件列表，方便工程師進行相關(guān)的設(shè)計和調(diào)試。

綜上所述，PWR594 EVM是一款功能強大、性能穩(wěn)定的雙輸出DC/DC模擬模塊，適用于多種應(yīng)用場景。通過本文的介紹，電子工程師們可以全面了解PWR594 EVM的特點、測試設(shè)置、配置方法和性能數(shù)據(jù)，為實際設(shè)計和應(yīng)用提供有力的支持。在使用過程中，工程師們還需要注意相關(guān)的安全事項和操作規(guī)范，確保設(shè)備的正常運行。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似電源模塊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。