TPS621x0 Buck Converter Evaluation Module 深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是電源管理的關(guān)鍵組件。德州儀器（Texas Instruments）的TPS621x0降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（EVM）為工程師提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)，用于評(píng)估和測(cè)試TPS62160和TPS62170的性能。今天，我們就來(lái)深入了解一下這個(gè)評(píng)估模塊。

文件下載：TPS62160EVM-627.pdf

一、產(chǎn)品概述

芯片介紹

TPS62160是一款1 - A的同步降壓轉(zhuǎn)換器，采用2x2 - mm、8引腳WSON封裝，有固定和可調(diào)輸出電壓版本。TPS62170則是0.5 - A的同步降壓轉(zhuǎn)換器，同樣采用2x2 - mm、8引腳WSON封裝，也有固定和可調(diào)輸出電壓版本。

評(píng)估模塊信息

TPS62160EVM - 627（HPA627 - 001）使用TPS62160可調(diào)版本，輸出設(shè)置為3.3 V，輸入電壓在3.7 V至17 V之間可實(shí)現(xiàn)全額定性能。TPS62170EVM - 627（HPA627 - 002）使用TPS62170可調(diào)版本，輸出同樣設(shè)置為3.3 V，輸入電壓范圍也是3.7 V至17 V。

二、性能規(guī)格

三、模塊修改

固定輸出操作

若要進(jìn)行固定電壓版本的評(píng)估，可以將U1替換為固定電壓版本的IC。同時(shí)，將R2替換為0 - Ω電阻，并移除R1。

輸入和輸出電容

C4作為額外的輸入電容，雖不是正常運(yùn)行所必需，但可用于降低輸入電壓紋波。C3作為額外的輸出電容，也不是必需的，但能降低輸出電壓紋波并改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。不過(guò)，總輸出電容必須保持在數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦的范圍內(nèi)，以確保正常運(yùn)行。

環(huán)路響應(yīng)測(cè)量

要測(cè)量TPS621x0EVM - 627的環(huán)路響應(yīng)，需要對(duì)電路進(jìn)行兩處簡(jiǎn)單修改。首先，在PCB背面中間的焊盤(pán)上安裝一個(gè)10 - Ω電阻，焊盤(pán)間距允許安裝0805或0603尺寸的電阻。其次，切斷輸出電壓過(guò)孔與連接到VOS引腳過(guò)孔的走線之間的短段走線。完成這些修改后，就可以將交流信號(hào)（推薦峰 - 峰值為10 - mV）注入到控制環(huán)路中。

四、模塊設(shè)置

輸入/輸出連接器說(shuō)明

• J1：EVM輸入電源的正輸入連接。
• J2：輸入電壓感應(yīng)連接，在此處測(cè)量輸入電壓。
• J3：EVM輸入電源的返回連接。
• J4：輸出電壓連接。
• J5：輸出電壓感應(yīng)連接，在此處測(cè)量輸出電壓。
• J6：輸出返回連接。
• J7：PG/GND，PG輸出出現(xiàn)在該接頭的引腳1，引腳2為方便的接地端。
• JP1：EN引腳輸入跳線。將提供的跳線跨接在ON和EN上可開(kāi)啟IC，跨接在OFF和EN上可關(guān)閉IC。
• JP2：PG上拉電壓跳線。將提供的跳線放在JP2上，可將PG引腳的上拉電阻連接到Vout。也可以移除跳線，并在引腳1上提供不同的電壓，將PG引腳拉到不同的電平，但此外部施加的電壓必須低于7 V。

操作設(shè)置

要操作EVM，需根據(jù)上述說(shuō)明將跳線JP1和JP2設(shè)置到所需位置。將輸入電源連接到J1和J3，將負(fù)載連接到J4和J6。

五、測(cè)試結(jié)果

效率測(cè)試

不同輸入電壓下，模塊的效率隨電流變化的曲線如圖3 - 1所示。從圖中可以直觀地看到，在不同輸入電壓下，效率隨著電流的變化情況。這有助于工程師根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的輸入電壓和負(fù)載電流，以實(shí)現(xiàn)高效率的電源轉(zhuǎn)換。

負(fù)載調(diào)節(jié)測(cè)試

負(fù)載調(diào)節(jié)測(cè)試結(jié)果如圖3 - 2所示。該測(cè)試展示了在不同輸入電壓下，輸出電壓隨負(fù)載電流的變化情況。通過(guò)分析這個(gè)曲線，工程師可以了解模塊在不同負(fù)載條件下的穩(wěn)定性，確保輸出電壓在可接受的范圍內(nèi)波動(dòng)。

線路調(diào)節(jié)測(cè)試

當(dāng)輸出電流Iout = 0.5 A時(shí)，線路調(diào)節(jié)測(cè)試結(jié)果如圖3 - 3所示。此測(cè)試反映了輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓的穩(wěn)定性。工程師可以根據(jù)這個(gè)結(jié)果評(píng)估模塊在不同輸入電壓環(huán)境下的性能。

環(huán)路響應(yīng)測(cè)試

當(dāng)輸入電壓Vin = 12 V且輸出電流Iout = 0.5 A時(shí)，環(huán)路響應(yīng)測(cè)試結(jié)果如圖3 - 4所示。環(huán)路響應(yīng)測(cè)試對(duì)于評(píng)估模塊的動(dòng)態(tài)性能非常重要，它可以幫助工程師了解模塊在不同頻率下的響應(yīng)特性，從而優(yōu)化控制策略。

電壓紋波測(cè)試

輸入電壓紋波測(cè)試（Vin = 12 V且Iout = 1 A）和輸出電壓紋波測(cè)試（Vin = 12 V且Iout = 1 A）的結(jié)果分別如圖3 - 5和圖3 - 6所示。電壓紋波是衡量電源質(zhì)量的重要指標(biāo)，通過(guò)這些測(cè)試結(jié)果，工程師可以評(píng)估模塊在實(shí)際應(yīng)用中的電源穩(wěn)定性。

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)試

當(dāng)Vin = 12 V時(shí)，負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)試結(jié)果如圖3 - 7所示。該測(cè)試模擬了負(fù)載突然變化時(shí)模塊的響應(yīng)情況，對(duì)于確保系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)負(fù)載下的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

啟動(dòng)和關(guān)閉測(cè)試

包括在Vin上啟動(dòng)（0.5 - A負(fù)載）、在EN上啟動(dòng)（0.5 - A負(fù)載）、在EN上關(guān)閉（0.5 - A負(fù)載）以及預(yù)偏置啟動(dòng)和關(guān)閉（0.5 - A負(fù)載）的測(cè)試結(jié)果，分別如圖3 - 8、圖3 - 9、圖3 - 10和圖3 - 11所示。這些測(cè)試有助于工程師了解模塊在不同啟動(dòng)和關(guān)閉條件下的性能，確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

熱性能測(cè)試

當(dāng)Vin = 12 V且Iout = 1 A時(shí)，熱性能測(cè)試結(jié)果如圖3 - 12所示。熱性能是評(píng)估模塊可靠性的重要因素，通過(guò)這個(gè)測(cè)試結(jié)果，工程師可以了解模塊在工作過(guò)程中的溫度變化情況，采取相應(yīng)的散熱措施。

六、電路板布局

評(píng)估模塊的電路板布局包括組裝層、頂層布線和底層布線，分別如圖4 - 1、圖4 - 2和圖4 - 3所示。合理的電路板布局對(duì)于模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要，工程師可以參考這些布局圖進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

七、原理圖和物料清單

原理圖

TPS621x0EVM - 627的原理圖如圖5 - 1所示。原理圖是電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，通過(guò)它可以清晰地了解模塊的電路結(jié)構(gòu)和工作原理。

物料清單

物料清單（BOM）如表5 - 1所示，詳細(xì)列出了模塊中使用的各個(gè)元件的數(shù)量、參考編號(hào)、值、描述、尺寸、零件編號(hào)和制造商等信息。這對(duì)于采購(gòu)和組裝模塊非常有幫助。

八、修訂歷史

從2011年10月的版本到2021年6月的版本，文檔進(jìn)行了一些更新，包括更新用戶指南標(biāo)題以及整個(gè)文檔中表格、圖形和交叉引用的編號(hào)格式。

通過(guò)對(duì)TPS621x0降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊的詳細(xì)分析，我們可以看到它為工程師提供了一個(gè)全面的評(píng)估平臺(tái)，幫助我們更好地了解和應(yīng)用TPS62160和TPS62170芯片。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)這些測(cè)試結(jié)果和性能規(guī)格，選擇合適的芯片和參數(shù)，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。你在使用類似評(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)。