TPS546C23 2-Phase SWIFT降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。TPS546C23EVM2 - 746評估模塊作為一款重要的電源解決方案，為工程師們提供了一個(gè)評估和驗(yàn)證TPS546C23芯片性能的平臺。本文將詳細(xì)介紹該評估模塊的相關(guān)內(nèi)容，包括其特點(diǎn)、電氣性能、測試設(shè)置、配置過程以及性能數(shù)據(jù)等，希望能為電子工程師們在設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中提供有價(jià)值的參考。

文件下載：TPS546C23EVM2-746.pdf

二、評估模塊概述

2.1 基本描述

TPS546C23EVM2 - 746是一款兩相降壓轉(zhuǎn)換器，采用兩個(gè)堆疊的TPS546C23器件。它使用標(biāo)稱12V總線，可產(chǎn)生高達(dá)70A負(fù)載電流的穩(wěn)壓輸出。該模塊旨在展示TPS546C23在兩相低輸出電壓應(yīng)用中的堆疊操作，并提供多個(gè)測試點(diǎn)以評估器件性能。此外，通過更改組裝的組件，它還可以改裝成兩個(gè)獨(dú)立的單相降壓轉(zhuǎn)換器。

2.2 典型應(yīng)用

該評估模塊適用于多種應(yīng)用場景，如高密度電源解決方案、無線基礎(chǔ)設(shè)施、開關(guān)器、路由器網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲以及智能電源系統(tǒng)等。這些應(yīng)用場景對電源的穩(wěn)定性、效率和功率密度都有較高的要求，而TPS546C23EVM2 - 746正好能夠滿足這些需求。

2.3 特點(diǎn)

• 輸出性能：可提供高達(dá)70A的直流穩(wěn)態(tài)輸出電流，輸出電壓為1.2V，且輸出電壓可通過PMBus接口進(jìn)行裕度調(diào)整和微調(diào)。
• 可編程功能：通過PMBus接口，可對欠壓鎖定（UVLO）、軟啟動(dòng)、使能、過流警告和故障限制、過壓和欠壓警告和故障限制、開啟和關(guān)閉延遲等參數(shù)進(jìn)行編程設(shè)置。
• 測試便利性：提供方便的測試點(diǎn)，便于探測關(guān)鍵波形，有助于工程師對模塊的性能進(jìn)行評估和調(diào)試。

三、電氣性能規(guī)格

需要注意的是，若將輸出過流限制（(I{OUT_OC_FAULT_LIMIT})）設(shè)置為45A，輸出電流 (I{OUT}) 最高可達(dá)80A。效率是基于特定測試設(shè)置測量得出的，其中包括板上銅跡線造成的功率損耗。

四、測試設(shè)置

4.1 測試和配置軟件

為了更改評估模塊的默認(rèn)配置參數(shù)，需要獲取TI Fusion Digital Power Designer軟件。該軟件是一個(gè)圖形用戶界面（GUI），用于配置和監(jiān)控安裝在評估模塊上的Texas Instruments TPS546C23電源轉(zhuǎn)換器。它通過PMBus協(xié)議，借助TI USB適配器在串行總線上與控制器進(jìn)行通信。該適配器可在[http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio](http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio)購買。

該軟件具有以下功能：

• 通過硬件控制線或PMBus操作命令開啟或關(guān)閉電源輸出。
• 實(shí)時(shí)監(jiān)控輸出電壓、輸出電流、芯片溫度、警告和故障等數(shù)據(jù)，并在GUI上持續(xù)顯示。
• 配置常見的操作特性，如 (V_{out}) 微調(diào)、裕度、欠壓鎖定、軟啟動(dòng)時(shí)間、警告和故障閾值、故障響應(yīng)以及開/關(guān)模式等。

該軟件可在http://www.ti.com/tool/fusion_digital_power_designer下載。

4.2 測試設(shè)備

• 電壓源：輸入電壓源 (V{IN}) 應(yīng)是一個(gè)0V - 20V的可變直流源，能夠提供20A的直流電流。將輸入 (V{IN}) 和GND連接到J2和J3，如圖4 - 1所示。
• 萬用表：建議使用兩個(gè)獨(dú)立的萬用表，一個(gè)用于測量 (V{IN})，另一個(gè)用于測量 (V{out})。
• 輸出負(fù)載：建議使用一個(gè)可變電子負(fù)載，其負(fù)載能力應(yīng)達(dá)到80A。
• 示波器：用于測量輸出噪聲和紋波，建議使用Tip - and - Barrel方法或更好的方法進(jìn)行輸出紋波測量，如圖4 - 2所示。
• 風(fēng)扇：在高負(fù)載長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，可能需要使用一個(gè)小風(fēng)扇向評估模塊提供強(qiáng)制風(fēng)冷，以確保模塊上器件的溫度保持在105°C以下。
• USB - to - GPIO接口適配器：評估模塊和主機(jī)計(jì)算機(jī)之間需要一個(gè)通信適配器，該評估模塊設(shè)計(jì)使用Texas Instruments USB - to - GPIO適配器，可在[http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio](http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio)購買。
• 推薦線規(guī)：輸入 (V_{IN}) 和GND到J2和J3（GND）（12V輸入），推薦使用AWG #12線，線的總長度應(yīng)小于兩英尺（輸入1英尺，返回1英尺）；輸出J8/J7和GND J10/J11（0.9V輸出），最小推薦線規(guī)為AWG #10，線的總長度應(yīng)小于兩英尺（輸出1英尺，返回1英尺）。

4.3 推薦測試設(shè)置

圖4 - 1展示了推薦的測試設(shè)置。圖4 - 2說明了在TP19與TP23或TP20與TP24上對開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形進(jìn)行Tip和Barrel測量的方法。

4.4 測試點(diǎn)、跳線和連接器列表

• 測試點(diǎn)：文檔中詳細(xì)列出了各個(gè)測試點(diǎn)的功能，包括DATA、SMB_ALERT、CNTL、CLK等信號的測量點(diǎn)，以及輸入電壓、輸出電壓、開關(guān)節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵參數(shù)的測量點(diǎn)。
• 跳線：如JP1、JP2等跳線用于同步連接、PMBUS CNTL連接和SMBALERT連接等，默認(rèn)情況下，一些跳線是插好的。
• 連接器：J1為PMBUS插座，用于連接TI FUSION適配器；J2、J3、J8、J10、J7、J11等連接器分別用于輸入電壓、輸出電壓和接地連接。

五、EVM配置

5.1 工廠默認(rèn)配置

TPS546C23在出廠時(shí)已進(jìn)行預(yù)配置，表5 - 1列出了一些關(guān)鍵的工廠配置參數(shù)，包括地址、命令代碼、編碼和譯碼等信息。例如，U1的PMBUS地址為27十進(jìn)制，U2的PMBUS地址為36十進(jìn)制；輸入關(guān)閉電壓為4.0V，輸入開啟電壓為4.5V等。

5.2 重新配置過程

若需要將評估模塊配置為非工廠默認(rèn)設(shè)置，可使用TI Fusion Digital Power Designer軟件進(jìn)行重新配置。在啟動(dòng)軟件之前，需要向評估模塊施加輸入電壓，以便TPS546C23能夠響應(yīng)GUI并使GUI識別設(shè)備。為避免在配置過程中轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)，建議施加小于4.5V的輸入電壓，推薦輸入電壓為4V。具體配置步驟如下：

1. 將輸入電源調(diào)整為提供4V（(4V_{DC})），電流限制為1A。
2. 將輸入電壓施加到評估模塊，參考圖4 - 1進(jìn)行連接和測試設(shè)置。
3. 啟動(dòng)Fusion GUI軟件，可參考第10節(jié)的截圖獲取更多信息。
4. 根據(jù)需要配置評估模塊的操作參數(shù)。默認(rèn)情況下，兩個(gè)TPS546C23設(shè)備都配置為環(huán)路控制器，且可以同時(shí)啟用操作，并同時(shí)連接到PMBUS接口。

六、測試過程

6.1 線路和負(fù)載調(diào)整率及效率測量過程

1. 按照圖4 - 1所示設(shè)置評估模塊。
2. 確保電子負(fù)載設(shè)置為吸取0A（(0A_{DC})）。
3. 使用電壓表將 (V_{IN}) 從0V增加到12V，并測量輸入電壓。
4. 使用另一個(gè)電壓表測量輸出電壓 (V_{OUT})。
5. 將負(fù)載從0A變化到70A（(ADC)），(V_{OUT}) 應(yīng)保持在表2 - 1定義的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
6. 將 (V{IN}) 從5V變化到18V，(V{OUT}) 應(yīng)保持在表2 - 1定義的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
7. 將負(fù)載減小到0A。
8. 將 (V_{IN}) 減小到0V。

6.2 控制環(huán)路增益和相位測量過程

TPS546C23EVM2 - 746在 (V_{OUT}) 的反饋環(huán)路中包含一個(gè)49.9Ω的串聯(lián)電阻，可通過測試點(diǎn)TP14和TP15進(jìn)行訪問，用于環(huán)路響應(yīng)分析。在進(jìn)行環(huán)路響應(yīng)測量時(shí)，應(yīng)使用這些測試點(diǎn)作為環(huán)路的擾動(dòng)注入點(diǎn)。具體測量步驟如下：

1. 按照圖4 - 1所示設(shè)置評估模塊。
2. 對于 (V_{OUT})，將網(wǎng)絡(luò)分析儀的隔離變壓器從TP14連接到TP15。
3. 將輸入信號測量探頭連接到TP14，將輸出信號測量探頭連接到TP15。
4. 將兩個(gè)探頭通道的接地引線連接到TP11。
5. 在網(wǎng)絡(luò)分析儀上，測量TP15/TP14（Out/In）的Bode圖。

6.3 效率測量

為了評估功率級（器件和電感器）的效率，需要在正確的位置測量電壓，以排除與功率級本身無關(guān)的損耗，如銅跡線和輸入輸出連接器的電壓降。輸入電流可以在輸入線的任何點(diǎn)測量，輸出電流可以在被測量輸出的輸出線的任何位置測量。表6 - 2列出了輸入電壓和輸出電壓的測量點(diǎn)，使用這些測量點(diǎn)可以得到排除連接器和PCB跡線損耗的效率測量結(jié)果。

七、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)整率、線路調(diào)整率、瞬態(tài)響應(yīng)、輸出紋波、控制開啟和關(guān)閉、兩相之間的電流共享、控制環(huán)路Bode圖以及熱圖像等。這些曲線直觀地展示了TPS546C23EVM2 - 746在不同條件下的性能表現(xiàn)，有助于工程師對模塊的性能進(jìn)行評估和優(yōu)化。

八、EVM組裝圖和PCB布局

圖8 - 1至圖8 - 9展示了TPS546C23EVM2 - 746評估模塊印刷電路板的設(shè)計(jì)，包括3D視圖、頂層組裝圖、底層組裝圖、頂層銅層、內(nèi)部層和底層銅層等。這些圖紙為工程師在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和布局時(shí)提供了重要的參考。

九、物料清單

表9 - 1列出了TPS546C23EVM2 - 746的物料清單，包括各種電容、電阻、電感、連接器、測試點(diǎn)等組件的數(shù)量、型號、描述和制造商等信息。這有助于工程師在進(jìn)行模塊組裝和維修時(shí)準(zhǔn)確獲取所需的組件。

十、截圖

10.1 Fusion GUI截圖

啟動(dòng)Fusion GUI時(shí)，選擇IC_DEVICEID作為掃描模式以查找TPS546C23。通過不同的選項(xiàng)卡可以進(jìn)行各種配置，如Limits & On/Off選項(xiàng)卡可配置 (V{ref})、OC故障和警告、OT故障和警告、電源良好限制、故障響應(yīng)、欠壓鎖定、開/關(guān)配置、軟啟動(dòng)時(shí)間和裕度電壓等；Advanced選項(xiàng)卡可配置特定寄存器；SMBALERT # Mask選項(xiàng)卡可配置可屏蔽的SMBALERT源；Device Info選項(xiàng)卡可查看設(shè)備信息、用戶暫存器、寫保護(hù)選項(xiàng)以及 (V{out}) 縮放環(huán)路、(V{out}) 轉(zhuǎn)換速率和 (I{out}) 校準(zhǔn)偏移的配置；All Config選項(xiàng)卡可配置所有可配置參數(shù)，并顯示十六進(jìn)制編碼等詳細(xì)信息。Monitor屏幕可顯示設(shè)備測量參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括 (V{OUT})、(I{out})、溫度和 (P{out}) 的圖形，還提供啟動(dòng)/停止輪詢、快速訪問開/關(guān)配置、控制引腳激活和OPERATION命令、裕度控制以及清除故障等功能。Status屏幕可顯示設(shè)備的狀態(tài)。

十一、總結(jié)

TPS546C23EVM2 - 746評估模塊為電子工程師提供了一個(gè)全面的平臺，用于評估和驗(yàn)證TPS546C23芯片在兩相降壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的性能。通過詳細(xì)的電氣性能規(guī)格、測試設(shè)置、配置過程和性能數(shù)據(jù)，工程師可以更好地了解該模塊的特點(diǎn)和優(yōu)勢，并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。在使用過程中，工程師需要注意安全事項(xiàng)，按照正確的步驟進(jìn)行操作，以確保測試和配置的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景，合理調(diào)整參數(shù)和配置，以充分發(fā)揮該模塊的性能優(yōu)勢。

你在使用TPS546C23EVM2 - 746評估模塊的過程中遇到過哪些問題呢？你對其性能和配置有什么獨(dú)特的見解嗎？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。