探索TPS54x73EVM - 225評(píng)估模塊：設(shè)計(jì)與性能全解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和設(shè)計(jì)靈活性至關(guān)重要。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的TPS54673EVM - 225和TPS54873EVM - 225評(píng)估模塊，了解它們的特點(diǎn)、性能以及使用方法。

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一、模塊概述

這個(gè)模塊的設(shè)計(jì)旨在展示使用TPS54x73系列穩(wěn)壓器時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)的小尺寸PCB設(shè)計(jì)。開關(guān)頻率設(shè)定為標(biāo)稱700kHz，允許使用小尺寸的0.65μH輸出電感。而且，MOSFET集成在TPS54x73封裝內(nèi)，無需外部MOSFET及其相關(guān)驅(qū)動(dòng)器，低導(dǎo)通電阻的MOSFET保證了高效率，并有助于在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。補(bǔ)償組件位于IC外部，可實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出電壓和可定制的環(huán)路響應(yīng)。

二、性能規(guī)格

1. TPS54673EVM - 225性能

在輸出電壓為3.3V和2.5V的情況下，該模塊展現(xiàn)出了良好的性能。例如，在特定測試條件下，輸出電流范圍、負(fù)載調(diào)節(jié)、相位裕度、輸出紋波電壓等指標(biāo)都有明確的表現(xiàn)。最大效率在(V{I}=3.3V)，(V{O}=2.5V)，(I{O}=1.0A)時(shí)能達(dá)到93%。不過，需要注意的是，當(dāng)(v{1})接近3V時(shí)，最大占空比會(huì)接近極限，從而限制(V_{O}=2.5V)時(shí)的輸入電壓范圍。

2. TPS54873EVM - 225性能

對(duì)于TPS54873EVM - 225，在輸出電壓為5V和3.3V時(shí)，其輸入電壓范圍、線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等性能指標(biāo)也較為出色。最大效率可達(dá)93.5%。

三、模塊修改

1. 輸出電壓調(diào)整

2. 開關(guān)頻率調(diào)整

開關(guān)頻率可以通過改變R6的值在280kHz至700kHz之間進(jìn)行調(diào)整。不過，降低開關(guān)頻率會(huì)增加輸出紋波，除非增加L1的值。可以參考頻率微調(diào)電阻選擇圖來確定合適的R6值。

3. 輸出濾波器配置

模塊支持通過PCB背面的焊盤進(jìn)行替代輸出濾波器配置。C15、C16和C17的位置可容納多達(dá)三個(gè)電解型表面貼裝電容器，L2的位置可容納如Vishay IHLP - 5050系列等流行的電感器。由于輸出濾波器的變化會(huì)影響整體環(huán)路響應(yīng)，因此可能需要調(diào)整補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（R1、R2、R3、C1、C2和C3）的值。反饋路徑中的0Ω電阻R8方便測試補(bǔ)償值的變化。

4. 預(yù)充電功能

TPS54x73系列器件主要用于需要輸出預(yù)充電條件的應(yīng)用，如DSP和微處理器的電源。模塊提供了四個(gè)串聯(lián)二極管D1至D4，允許用戶從EVM輸入電壓或外部源對(duì)輸出進(jìn)行預(yù)充電。使用輸入電壓作為預(yù)充電源時(shí)，在J3插頭上安裝跳線；使用外部源時(shí)，使用J4連接器端子，同時(shí)保持J3斷開。需要注意的是，輸出電壓預(yù)充電不能超過預(yù)設(shè)輸出電壓，否則TPS54x73器件將無法開始開關(guān)操作，并且可能因電壓瞬變導(dǎo)致器件損壞。

四、測試設(shè)置與結(jié)果

1. 輸入/輸出連接

TPS54x73EVM - 225有Vout J1、Vin J2和Prechgin J4等輸入/輸出連接。應(yīng)使用能夠提供6A電流的電源通過一對(duì)20 - AWG電線連接到J2，負(fù)載通過一對(duì)16 - AWG電線連接到J2。測試點(diǎn)TP1方便連接示波器電壓探頭以監(jiān)測輸出電壓。在使用外部電源作為(V{1})源時(shí)，可能需要根據(jù)電源輸出阻抗和連接線長度添加額外的大容量電容器。

2. 效率

模塊的效率在負(fù)載電流約為1A至2A時(shí)達(dá)到峰值，然后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。環(huán)境溫度升高會(huì)導(dǎo)致MOSFET的漏源電阻變化，從而降低效率。此外，700kHz的開關(guān)頻率下效率略低于較低開關(guān)頻率，這是由于MOSFET的柵極和開關(guān)損耗造成的。

3. 功率耗散

PWP封裝的低結(jié)殼熱阻和良好的電路板布局使得模塊能夠在輸出全額定負(fù)載電流的同時(shí)保持安全的結(jié)溫。例如，在3.3V輸入源和6A負(fù)載下，結(jié)溫約為60°C，殼溫約為55°C。

4. 輸出電壓調(diào)節(jié)

輸出電壓的負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)性能在環(huán)境溫度為25°C時(shí)進(jìn)行了測量。TPS54673的輸入電壓下限約為3.02V，因?yàn)榇藭r(shí)器件處于最大占空比運(yùn)行狀態(tài)。

5. 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

模塊對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)表現(xiàn)良好，電流階躍從最大額定負(fù)載的25%到75%時(shí)，輸出電壓的總峰 - 峰變化包括紋波和噪聲。

6. 環(huán)路特性

負(fù)載響應(yīng)特性顯示，電流階躍從最大額定負(fù)載的 - 50%到50%時(shí)，輸出電壓的總峰 - 峰變化包含紋波和噪聲。

7. 輸出電壓紋波和輸入電壓紋波

在額定全負(fù)載下，分別測量了TPS54673和TPS54873的輸出電壓紋波和輸入電壓紋波。

8. 啟動(dòng)

啟動(dòng)電壓波形展示了不同預(yù)充電條件下的啟動(dòng)過程。無預(yù)充電時(shí)，當(dāng)(V_{1})達(dá)到2.95V的欠壓鎖定（UVLO）閾值時(shí)，慢啟動(dòng)電容器開始充電，內(nèi)部參考電壓逐漸上升，直到達(dá)到最大占空比后開始開關(guān)操作，輸出電壓逐漸上升到最終設(shè)定值。有預(yù)充電時(shí)，內(nèi)部參考電壓必須高于預(yù)充電輸出反饋到VSENSE引腳的電壓才能開始開關(guān)操作。

五、電路板布局

TPS54x73EVM - 225的電路板布局采用了典型的用戶應(yīng)用方式。頂層包含(V{1})、(V{O})和(V_{(phase)})的主要電源走線，以及TPS54x73其余引腳的連接和大面積的接地。兩個(gè)內(nèi)部層是相同的接地平面。底層包含用于可選替代輸出濾波器的焊盤，包括三個(gè)D3或D4尺寸的電解電容器和一個(gè)0.5英寸×0.5英寸的電感器的空間。頂層和底層的接地走線通過多個(gè)過孔連接到內(nèi)部接地平面，為PowerPAD提供熱路徑。輸入去耦電容器、偏置去耦電容器和自舉電容器都盡可能靠近IC放置，補(bǔ)償組件也靠近IC，補(bǔ)償電路連接到調(diào)節(jié)點(diǎn)的輸出電壓。

六、原理圖和物料清單

模塊的原理圖展示了其電路結(jié)構(gòu)，物料清單詳細(xì)列出了各個(gè)組件的信息，包括電容器、電阻器、電感器、二極管、連接器等的數(shù)量、型號(hào)和規(guī)格。

綜上所述，TPS54x73EVM - 225評(píng)估模塊為電子工程師提供了一個(gè)靈活且高性能的電源管理解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理調(diào)整模塊的參數(shù)和配置，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。你在使用類似模塊時(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)。