深入解析 TPS53219 降壓控制器評(píng)估模塊

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓控制器是電源管理中不可或缺的一部分。今天我們要詳細(xì)探討的是德州儀器（Texas Instruments）的 TPS53219 降壓控制器評(píng)估模塊（TPS53219EVM - 690），它為工程師們提供了一個(gè)全面評(píng)估 TPS53219 性能的平臺(tái)。

文件下載：TPS53219EVM-690.pdf

一、模塊概述

TPS53219EVM - 690 評(píng)估模塊采用了 TPS53219 芯片，這是一款小尺寸、單通道降壓控制器，具備自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間 D - CAP? 模式控制。該模塊能夠在 12V 輸入總線的情況下，提供高達(dá) 25A 的 1.1V 固定輸出。同時(shí)，它還采用了 5mm × 6mm 的 TI 功率塊 MOSFET（CSD86350Q5D），具有高功率密度和出色的熱性能。

典型應(yīng)用

此模塊適用于多種應(yīng)用場景，如負(fù)載點(diǎn)系統(tǒng)、存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、多功能打印機(jī)以及嵌入式計(jì)算等。

模塊特性

• 高輸出電流：能夠提供 25A 的直流穩(wěn)態(tài)輸出電流。
• 預(yù)偏置啟動(dòng)支持：支持預(yù)偏置輸出電壓啟動(dòng)。
• 高效與高功率密度：通過使用 TI 功率塊 MOSFET 實(shí)現(xiàn)了高效率和高功率密度。
• 可配置性：
  • J1 用于選擇開關(guān)頻率設(shè)置。
  • J2 用于選擇內(nèi)部電壓伺服軟啟動(dòng)。
  • J3 用于使能功能。
  • J6 用于自動(dòng)跳過和強(qiáng)制 CCM 模式選擇。
• 方便測試：提供了方便的測試點(diǎn)，用于探測關(guān)鍵波形。

二、電氣性能規(guī)格

三、測試設(shè)置

測試設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源 (V{IN}) 必須是 0V 至 14V 的可變直流源，能夠提供 10A 的直流電流。將 (V{IN}) 連接到 J4。
• 萬用表：
  • V1 用于測量 (V_{IN})（在 TP7 和 TP8 之間）。
  • V2 用于測量 (V_{OUT})（在 TP14 和 TP15 之間）。
  • A1 用于測量 (V_{IN}) 的輸入電流。
• 輸出負(fù)載：輸出負(fù)載必須是能夠在 1.1V 下提供 0A 至 30A 直流電流的電子恒阻模式負(fù)載。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器測量輸出紋波。示波器需設(shè)置為 1MΩ 阻抗、20MHz 帶寬、交流耦合、2μs/ 格水平分辨率和 50mV/ 格垂直分辨率。
• 風(fēng)扇：由于模塊中的一些組件在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)達(dá)到 60°C 的溫度，建議使用一個(gè)能夠提供 200 - 400LFM 風(fēng)量的小風(fēng)扇來降低組件溫度。

推薦測試設(shè)置

在 ESD 工作站上進(jìn)行測試，確保在給 EVM 供電之前，將任何腕帶、靴帶或墊子連接到接地參考點(diǎn)。

• 輸入連接：
  • 在連接直流輸入源 (V{IN}) 之前，建議將源電流限制在最大 10A。確保 (V{IN}) 初始設(shè)置為 0V，并按照?qǐng)D 4 - 2 進(jìn)行連接。
  • 在 TP7 和 TP8 之間連接電壓表 V1 以測量輸入電壓。
  • 連接電流表 A1 以測量輸入電流。
• 輸出連接：
  • 將負(fù)載連接到 J5，并在施加 (V_{IN}) 之前將負(fù)載設(shè)置為恒阻模式以吸收 0A 電流。
  • 在 TP14 和 TP15 之間連接電壓表 V2 以測量輸出電壓。
• 其他連接：按照?qǐng)D 4 - 2 放置風(fēng)扇并打開，確?？諝饬鬟^ EVM。

四、配置選項(xiàng)

所有跳線選擇必須在給 EVM 供電之前完成。用戶可以根據(jù)以下配置對(duì) EVM 進(jìn)行設(shè)置：

開關(guān)頻率選擇

軟啟動(dòng)選擇

模式選擇

使能選擇

五、測試程序

線路/負(fù)載調(diào)節(jié)和效率測量程序

1. 按照第 4 節(jié)和圖 4 - 2 所述設(shè)置 EVM。
2. 確保負(fù)載設(shè)置為恒阻模式并吸收 0A 電流。
3. 確保所有跳線配置設(shè)置符合第 5 節(jié)的要求。
4. 在施加 (V_{IN}) 之前，確保 EVM 中提供的跳線在 J3 上短路。
5. 將 (V_{IN}) 從 0V 增加到 12V，使用 V1 測量輸入電壓。
6. 移除 J3 上的跳線以啟用控制器。
7. 使用 V2 測量 (V_{OUT}) 電壓。
8. 將負(fù)載從 0A 變化到 25A，(V_{OUT}) 必須保持在負(fù)載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
9. 將 (V{IN}) 從 8V 變化到 14V，(V{OUT}) 必須保持在線路調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
10. 將跳線放回 J3 以禁用控制器。
11. 將負(fù)載減小到 0A。
12. 將 (V_{IN}) 減小到 0V。

控制回路增益和相位測量程序

TPS53219EVM - 690 在反饋回路中包含一個(gè) 10Ω 的串聯(lián)電阻，用于回路響應(yīng)分析。

1. 按照第 4 節(jié)和圖 4 - 2 所述設(shè)置 EVM。
2. 將隔離變壓器連接到標(biāo)記為 TP9 和 TP10 的測試點(diǎn)。
3. 將輸入信號(hào)幅度測量探頭（通道 A）連接到 TP9，將輸出信號(hào)幅度測量探頭（通道 B）連接到 TP10。
4. 將通道 A 和通道 B 的接地引線連接到 TP11。
5. 通過隔離變壓器注入約 40mV 或更小的信號(hào)。
6. 以 10Hz 或更低的后置濾波器將頻率從 100Hz 掃描到 1MHz，可以測量控制回路增益和相位裕度。
7. 在進(jìn)行其他測量之前，從波特圖測試點(diǎn)斷開隔離變壓器（反饋中的信號(hào)注入可能會(huì)干擾其他測量的準(zhǔn)確性）。

測試點(diǎn)列表

設(shè)備關(guān)機(jī)

1. 關(guān)閉負(fù)載。
2. 關(guān)閉 (V_{IN})。
3. 關(guān)閉風(fēng)扇。

六、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，包括效率、負(fù)載調(diào)節(jié)、輸出瞬態(tài)、輸出紋波、開關(guān)節(jié)點(diǎn)、使能開啟/關(guān)閉、1.1V 預(yù)偏置開啟、波特圖和熱圖像等。這些曲線直觀地展示了 TPS53219EVM - 690 在不同條件下的性能表現(xiàn)。

七、EVM 組裝圖和 PCB 布局

TPS53219EVM - 690 的印刷電路板采用六層 2oz 銅電路板設(shè)計(jì)。文檔中的圖 8 - 1 至圖 8 - 8 展示了該電路板的設(shè)計(jì)，包括頂層組裝圖、底層組裝圖以及各層銅層的布局。

八、物料清單

文檔提供了 EVM 的物料清單，詳細(xì)列出了各個(gè)組件的數(shù)量、參考編號(hào)、描述和制造商部件編號(hào)。這對(duì)于工程師進(jìn)行模塊的組裝和維護(hù)非常有幫助。

通過對(duì) TPS53219 降壓控制器評(píng)估模塊的詳細(xì)介紹，我們可以看到它在電源管理方面的強(qiáng)大性能和靈活性。工程師們可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)模塊進(jìn)行配置和測試，以滿足不同應(yīng)用場景的要求。你在使用類似評(píng)估模塊時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。