TPS53319EVM - 136評(píng)估模塊：低電壓應(yīng)用的理想之選

在電子工程師的日常工作中，高效且穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)換模塊是設(shè)計(jì)中不可或缺的部分。今天，我們就來(lái)深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的 TPS53319EVM - 136 評(píng)估模塊，看看它在低電壓應(yīng)用中能為我們帶來(lái)怎樣的表現(xiàn)。

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一、模塊概述

TPS53319EVM - 136 評(píng)估模塊采用了 TPS53319 芯片，這是一款具備集成 MOSFET 的 14A 同步降壓轉(zhuǎn)換器，采用 D - CAP 模式。它能夠在 12V 輸入總線的條件下，提供高達(dá) 14A 的 1.5V 固定輸出電壓，適用于服務(wù)器/存儲(chǔ)、工作站和桌面電腦以及電信基礎(chǔ)設(shè)施等多種典型應(yīng)用場(chǎng)景。

特點(diǎn)

• 強(qiáng)大的輸出能力：能夠提供 14A 的直流穩(wěn)態(tài)輸出電流，滿(mǎn)足高負(fù)載需求。
• 預(yù)偏置啟動(dòng)支持：支持預(yù)偏置輸出電壓?jiǎn)?dòng)，增強(qiáng)了模塊的靈活性和適應(yīng)性。
• 可配置選項(xiàng)豐富：通過(guò) J3 可選擇開(kāi)關(guān)頻率，J4 可選擇軟啟動(dòng)時(shí)間，J5 可進(jìn)行自動(dòng)跳過(guò)和強(qiáng)制 CCM 模式選擇，J6 可實(shí)現(xiàn)使能功能。
• 便于測(cè)試：提供了方便的測(cè)試點(diǎn)，可用于探測(cè)關(guān)鍵波形，便于工程師進(jìn)行性能評(píng)估。

二、電氣性能規(guī)格

輸入特性

• 電壓范圍：輸入電壓范圍為 8V - 20V，最大輸入電流在 VIN = 8V、IO = 14A 時(shí)為 2.874A，在 VIN = 20V、IO = 0A 且處于自動(dòng)跳過(guò)模式下，無(wú)負(fù)載輸入電流為 0.7mA。

  輸出特性

• 輸出電壓：固定輸出電壓為 1.5V，線路調(diào)節(jié)率（VIN = 8V - 20V）為 0.1%，負(fù)載調(diào)節(jié)率（VIN = 12V，IO = 0A - 14A，自動(dòng)跳過(guò)模式）為 1%。
• 輸出電壓紋波：在 VIN = 12V、IO = 14A 時(shí)，輸出電壓紋波為 15mVpp。
• 輸出負(fù)載電流：范圍為 0 - 14A，輸出過(guò)電流保護(hù)點(diǎn)為 16A。

  系統(tǒng)特性

• 開(kāi)關(guān)頻率：默認(rèn)開(kāi)關(guān)頻率為 500kHz。
• 效率：在 VIN = 12V、1.5V/8A 時(shí)，峰值效率為 91.68%；在 VIN = 12V、1.5V/14A 時(shí)，滿(mǎn)載效率為 90.04%。
• 工作溫度：工作溫度為 25°C。

三、測(cè)試設(shè)置

測(cè)試設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源 VIN 應(yīng)為 0V - 20V 的可變直流源，能夠提供 10ADC 的電流，將 VIN 連接到 J1。
• 萬(wàn)用表：使用 V1 測(cè)量 TP1（VIN）和 TP10（GND）之間的輸入電壓，V2 測(cè)量 TP2（VOUT）和 TP11（GND）之間的輸出電壓，A1 測(cè)量 VIN 輸入電流。
• 輸出負(fù)載：輸出負(fù)載應(yīng)為電子恒阻模式負(fù)載，能夠在 1.5V 下提供 0A - 16ADC 的電流。
• 示波器：可使用數(shù)字或模擬示波器測(cè)量輸出紋波，設(shè)置為 1MΩ 阻抗、20MHz 帶寬、AC 耦合、2μs/division 水平分辨率和 20mV/division 垂直分辨率。通過(guò)將示波器探頭尖端穿過(guò) TP2 并將接地桶放在 TP11 上測(cè)量輸出紋波電壓。
• 推薦線規(guī)：VIN 到 J1（12V 輸入）推薦使用 AWG #16 線，總長(zhǎng)度小于四英尺；J2 到負(fù)載推薦使用最小 AWG #14 線，總長(zhǎng)度小于四英尺。

推薦測(cè)試設(shè)置

在 ESD 工作站工作時(shí)，確保在給 EVM 供電前，將任何腕帶、靴帶或墊子連接到接地參考。輸入連接方面，連接 DC 輸入源 VIN 前，建議將源電流限制在最大 10A，初始將 VIN 設(shè)置為 0V 并按圖連接；連接電壓表 V1 測(cè)量輸入電壓，連接電流表 A1 測(cè)量輸入電流。輸出連接方面，將負(fù)載連接到 J2 并設(shè)置為恒阻模式，在施加 VIN 前將負(fù)載設(shè)置為吸收 0Adc；連接電壓表 V2 測(cè)量輸出電壓。

四、配置選項(xiàng)

開(kāi)關(guān)頻率選擇

通過(guò) J3 可設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率，默認(rèn)設(shè)置為 500kHz，不同的跳線設(shè)置對(duì)應(yīng)不同的電阻連接和開(kāi)關(guān)頻率，如頂部（1 - 2 引腳短路）對(duì)應(yīng) 250kHz，底部（15 - 16 引腳短路）對(duì)應(yīng) 970kHz。

軟啟動(dòng)選擇

J4 可設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間，默認(rèn)設(shè)置為 1.4ms，不同的跳線設(shè)置對(duì)應(yīng)不同的軟啟動(dòng)時(shí)間，如頂部（1 - 2 引腳短路）對(duì)應(yīng) 0.7ms，底部（7 - 8 引腳短路）對(duì)應(yīng) 5.6ms。

模式選擇

J5 可設(shè)置模式，默認(rèn)設(shè)置為自動(dòng)跳過(guò)模式，頂部（1 - 2 引腳短路）為自動(dòng)跳過(guò)，底部（3 - 4 引腳短路）為強(qiáng)制 CCM 模式。

使能選擇

J6 可啟用和禁用控制器，默認(rèn)設(shè)置為 J6 上的跳線短路以禁用控制器，無(wú)跳線短路則啟用控制器。

五、測(cè)試程序

線/負(fù)載調(diào)節(jié)和效率測(cè)量程序

按照測(cè)試設(shè)置和配置要求設(shè)置 EVM，確保負(fù)載設(shè)置為恒阻模式且吸收 0Adc，所有跳線配置正確，在施加 Vin 前 J6 上的跳線短路。將 Vin 從 0V 增加到 12V，移除 J6 上的跳線啟用控制器，使用 V2 測(cè)量 Vout 電壓，改變負(fù)載從 0 - 14Adc，Vout 應(yīng)保持在負(fù)載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)；改變 Vin 從 8V 到 20V，Vout 應(yīng)保持在線路調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。最后，將跳線放在 J6 上禁用控制器，將負(fù)載減小到 0A，將 Vin 減小到 0V。

控制回路增益和相位測(cè)量程序

TPS53319EVM - 136 在反饋回路中包含一個(gè) 10Ω 串聯(lián)電阻用于回路響應(yīng)分析。設(shè)置 EVM 后，連接隔離變壓器到測(cè)試點(diǎn) TP6 和 TP7，將輸入信號(hào)幅度測(cè)量探頭（通道 A）連接到 TP6，輸出信號(hào)幅度測(cè)量探頭（通道 B）連接到 TP7，將通道 A 和通道 B 的接地引線連接到 TP9，通過(guò)隔離變壓器注入約 20mV 或更小的信號(hào)，從 100Hz 到 1MHz 掃描頻率，可測(cè)量控制回路增益和相位裕度。在進(jìn)行其他測(cè)量前，斷開(kāi)隔離變壓器與波特圖測(cè)試點(diǎn)的連接，以免信號(hào)注入反饋影響其他測(cè)量的準(zhǔn)確性。

測(cè)試點(diǎn)列表

該模塊提供了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，如 TP1 用于測(cè)量控制器輸入 VIN，TP2 用于測(cè)量輸出電壓 VOUT 等，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)都有其特定的功能。

設(shè)備關(guān)機(jī)

測(cè)試結(jié)束后，先關(guān)閉負(fù)載，再關(guān)閉 VIN。

六、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中給出了一系列典型性能曲線，包括效率、負(fù)載調(diào)節(jié)、線路調(diào)節(jié)、使能開(kāi)啟/關(guān)閉、輸出紋波、開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)、輸出瞬態(tài)等方面。這些曲線直觀地展示了模塊在不同條件下的性能表現(xiàn)，幫助工程師更好地了解模塊的特性。例如，效率曲線顯示了在不同輸入電壓和負(fù)載電流下的效率變化情況，負(fù)載調(diào)節(jié)曲線展示了輸出電壓隨負(fù)載電流的變化。

七、EVM 組裝圖和 PCB 布局

TPS53319EVM - 136 的印刷電路板采用 6 層、2oz 銅電路板設(shè)計(jì)，文檔中提供了從頂層到底層的組裝圖和銅層布局圖，方便工程師進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試。

八、物料清單

文檔列出了 EVM 的組件清單，包括電容、電感、電阻和集成電路等，詳細(xì)說(shuō)明了每個(gè)組件的數(shù)量、參考編號(hào)、描述和制造商部件編號(hào)，為工程師進(jìn)行物料采購(gòu)和電路設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

總的來(lái)說(shuō)，TPS53319EVM - 136 評(píng)估模塊在低電壓應(yīng)用中表現(xiàn)出色，其豐富的可配置選項(xiàng)和良好的性能特性為電子工程師提供了一個(gè)可靠的電源轉(zhuǎn)換解決方案。你在使用類(lèi)似評(píng)估模塊時(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)。