探索TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692及TPS84621EVM - 692評(píng)估模塊

引言

在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高效、緊湊且功能豐富的電源解決方案一直是工程師們追求的目標(biāo)。德州儀器（Texas Instruments）的TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692和TPS84621EVM - 692集成電源解決方案評(píng)估模塊，為我們提供了一個(gè)很好的測(cè)試和驗(yàn)證平臺(tái)。今天，我們就來(lái)深入了解一下這些評(píng)估模塊。

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模塊概述

功能特點(diǎn)

這些評(píng)估模塊基于TPS84620/621/320調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，具有以下顯著特點(diǎn)：

1. 集成度高：提供完整的集成電源解決方案，允許小尺寸、低輪廓設(shè)計(jì)，能有效節(jié)省電路板空間。
2. 效率高：效率最高可達(dá)96%，能有效降低功耗，提高能源利用率。
3. 輸出電壓調(diào)節(jié)范圍廣：輸出電壓可在1.2V至5.5V之間調(diào)節(jié)，參考精度為1%，能滿足多種不同的應(yīng)用需求。
4. 開(kāi)關(guān)頻率可調(diào)：可根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率，優(yōu)化電源性能。

應(yīng)用場(chǎng)景

這些評(píng)估模塊適用于多個(gè)領(lǐng)域，包括：

1. 寬帶和通信基礎(chǔ)設(shè)施：為通信設(shè)備提供穩(wěn)定的電源支持。
2. 自動(dòng)化測(cè)試和醫(yī)療設(shè)備：滿足設(shè)備對(duì)電源穩(wěn)定性和精度的要求。
3. Compact PCI/PCI Express/PXI Express：為相關(guān)接口設(shè)備提供合適的電源。
4. DSP和FPGA負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用：為數(shù)字信號(hào)處理和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列提供可靠的電源供應(yīng)。

背景信息

評(píng)估模塊旨在展示使用TPS84320/620/621調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)時(shí)可實(shí)現(xiàn)的小印刷電路板面積。默認(rèn)輸出電壓為3.3V，開(kāi)關(guān)頻率為630kHz。高側(cè)和低側(cè)MOSFET與柵極驅(qū)動(dòng)電路集成在TPS84320/620/621封裝內(nèi)，MOSFET的低漏源導(dǎo)通電阻使模塊能夠?qū)崿F(xiàn)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)償組件內(nèi)置于芯片中，通過(guò)外部電阻和跳線可實(shí)現(xiàn)輸出電壓和頻率的調(diào)節(jié)。此外，模塊還提供可調(diào)的慢啟動(dòng)、跟蹤和欠壓鎖定輸入功能。評(píng)估模塊的絕對(duì)最大輸入電壓為15V。

電氣特性

以TPS84620EVM - 692為例，在輸入電壓為12V、輸出電壓為3.3V、環(huán)境溫度為25°C的條件下，其性能規(guī)格如下：

1. 輸出電壓：在8V ≤ PVIN = VIN ≤ 14.5V、ILOAD ≤ ILOAD (max)的條件下，不同輸出電壓的范圍有所不同，如5V時(shí)為4.925 - 5.075V，3.3V時(shí)為3.250 - 3.350V等。
2. 輸出電流：最大可達(dá)6A。
3. 輸出紋波電壓：在PVIN = VIN = 12V、ILOAD = 6A時(shí)，不同輸出電壓下的紋波電壓峰值 - 峰值為12mV。
4. 開(kāi)關(guān)頻率：在PVIN = VIN = 12V、ILOAD = 6A時(shí)，不同輸出電壓對(duì)應(yīng)不同的開(kāi)關(guān)頻率，如3.3V時(shí)為780kHz等。
5. 效率：在不同輸入電壓、輸出電壓和負(fù)載條件下，效率有所不同，最高可達(dá)91%。
6. 線路調(diào)節(jié)：±0.1%。
7. 負(fù)載調(diào)節(jié)：±0.1%。
8. 負(fù)載瞬態(tài)偏差：在1A/μs負(fù)載階躍、50%至100% ILOAD時(shí)為60mV。
9. 負(fù)載瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間：在1A/μs負(fù)載階躍、50%至100% ILOAD時(shí)為80μs。
10. 工作溫度： - 40°C至85°C。
11. 慢啟動(dòng)時(shí)間：4ms。
12. 跟蹤范圍：0至1.2V、0至1.8V、0至5V。
13. 同步范圍：480 - 780kHz。

模塊修改

這些評(píng)估模塊允許進(jìn)行一些修改以滿足不同的應(yīng)用需求：

1. 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)：可在J4處選擇輸出電壓。若需要不同的電壓，可更改RSET電阻（R2至R6和R8中的任意一個(gè)）的值，具體值可參考組件數(shù)據(jù)手冊(cè)。當(dāng)J4上的所有跳線都打開(kāi)時(shí)，將選擇組件的默認(rèn)輸出電壓，TPS84620無(wú)默認(rèn)電壓，TPS84320為0.8V，TPS84621為0.6V。
2. 頻率選擇：開(kāi)關(guān)頻率可在J11處選擇，不同評(píng)估模塊有不同的選擇選項(xiàng)，如TPS84620EVM - 692的最小頻率為480kHz，最大頻率為780kHz等。
3. 慢啟動(dòng)時(shí)間：可通過(guò)更改C8的值來(lái)調(diào)整慢啟動(dòng)時(shí)間，評(píng)估模塊默認(rèn)慢啟動(dòng)時(shí)間為2.8ms（C8 = 4700pF且J10安裝）。
4. 跟蹤輸入：TPS84320/620/621在啟動(dòng)時(shí)可跟蹤外部電壓，J6連接器用于連接外部電壓，可使用J5提供的電阻分壓器實(shí)現(xiàn)比例或同步跟蹤。
5. 可調(diào)欠壓鎖定（UVLO）：可根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)中的說(shuō)明調(diào)整欠壓鎖定，評(píng)估模塊通過(guò)提供的電阻分壓器和J8提供兩個(gè)可選的UVLO設(shè)定點(diǎn)，J9提供禁止輸入。
6. 輸入電壓軌：評(píng)估模塊設(shè)計(jì)為適應(yīng)功率級(jí)和控制邏輯的不同輸入電壓水平。正常運(yùn)行時(shí)，PVIN和VIN輸入通過(guò)J3引腳2和3上的跳線連接（VIN = PVIN位置），單輸入電壓在J1處提供。若需要，可將J3跳線移至引腳1和2（VIN = VBIAS位置），此時(shí)需在J1和J2處提供雙輸入電壓。

測(cè)試設(shè)置

輸入/輸出連接

TPS84x2xEVM - 692提供了輸入/輸出連接器和測(cè)試點(diǎn)，具體如下：

1. 需將能夠提供4A電流的電源通過(guò)一對(duì)20AWG電線連接到J1，J3上的跳線必須就位。對(duì)于分離輸入電壓軌操作，請(qǐng)參考第4.6節(jié)。
2. 負(fù)載必須通過(guò)一對(duì)20AWG電線連接到J7，最大負(fù)載電流能力必須為6A，應(yīng)盡量減小電線長(zhǎng)度以減少電線中的損耗。
3. 測(cè)試點(diǎn)TP1用于監(jiān)測(cè)VIN輸入電壓，TP2提供方便的接地參考；TP4用于監(jiān)測(cè)輸出電壓，TP12作為接地參考。

連接器和測(cè)試點(diǎn)說(shuō)明

典型性能數(shù)據(jù)

效率相關(guān)

通過(guò)一系列圖表展示了TPS84620EVM - 692的效率特性，包括效率與輸入電壓、輕載效率與輸入電壓、效率與輸出電壓/頻率等關(guān)系。例如，在不同輸入電壓和輸出電壓、頻率條件下，效率有所不同，最高可達(dá)91%。這些數(shù)據(jù)有助于工程師了解模塊在不同工作條件下的效率表現(xiàn)，從而優(yōu)化電源設(shè)計(jì)。

電壓調(diào)節(jié)

包括輸出電壓負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)。負(fù)載調(diào)節(jié)展示了輸出電壓隨負(fù)載變化的情況，線路調(diào)節(jié)展示了輸出電壓隨輸入電壓變化的情況。在25°C條件下，負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)的范圍均為±0.1%，這表明模塊在不同負(fù)載和輸入電壓下能保持較好的電壓穩(wěn)定性。

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

展示了TPS84620EVM - 692對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)，如在12V輸入、電流從1.5A到4.5A階躍時(shí)的輸出電壓變化情況，包括總峰 - 峰電壓變化，有助于評(píng)估模塊在負(fù)載突變時(shí)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

環(huán)路響應(yīng)

TPS84620EVM - 692的環(huán)路響應(yīng)顯示，其單位增益帶寬為50kHz，相位裕度為70度，增益裕度為19dB，增益斜率為 - 1，這些參數(shù)反映了模塊的控制性能和穩(wěn)定性。

電壓紋波

展示了模塊在12V輸入、6A輸出負(fù)載時(shí)的輸出電壓紋波和輸入電壓紋波情況，有助于評(píng)估模塊的電源質(zhì)量。

啟動(dòng)波形

展示了TPS84620EVM - 692在PVIN上升時(shí)的啟動(dòng)波形，輸出在PVIN達(dá)到8V的上升UVLO時(shí)開(kāi)始上升，J9可在PVIN存在時(shí)禁止VOUT，這對(duì)于了解模塊的啟動(dòng)過(guò)程和控制邏輯很有幫助。

電路板布局與組裝

布局

TPS84x2xEVM - 692的電路板布局采用了典型的用戶應(yīng)用方式，頂層、底層和內(nèi)部層均為2 - oz銅。布局遵循以下基本準(zhǔn)則：

1. 輸入電容應(yīng)靠近PVIN和PGND端子放置，以減少輸入電壓的波動(dòng)。
2. 輸出電容應(yīng)靠近VO和PGND端子放置，以提高輸出電壓的穩(wěn)定性。
3. AGND是模擬控制電路的0Vdc參考，應(yīng)在單點(diǎn)連接到PGND，AGND端子45用于從設(shè)備散熱，必須通過(guò)多個(gè)過(guò)孔連接到AGND平面。
4. SENSE + 引腳提供設(shè)備的遠(yuǎn)程感測(cè)功能，應(yīng)在負(fù)載附近連接到VO。
5. 模擬控制引腳（VADJ、RT/CLK、INH/UVLO、STSEL和SS/TR）應(yīng)使用推薦的電路組件連接到AGND。

估計(jì)電路面積

該設(shè)計(jì)中使用的組件估計(jì)印刷電路板面積為0.55 in2（354 mm2），此面積不包括測(cè)試點(diǎn)或連接器。

材料清單

文檔提供了TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692和TPS84621EVM - 692的材料清單，包括電容、電阻、二極管、連接器、測(cè)試點(diǎn)等組件的詳細(xì)信息，如型號(hào)、制造商等。這對(duì)于工程師進(jìn)行模塊的組裝和維護(hù)非常有幫助。

重要注意事項(xiàng)

評(píng)估板使用限制

這些評(píng)估板僅用于工程開(kāi)發(fā)、演示或評(píng)估目的，并非適合一般消費(fèi)者使用的成品。處理產(chǎn)品的人員必須具備電子培訓(xùn)并遵守良好的工程實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)估板不滿足歐盟關(guān)于電磁兼容性、限制物質(zhì)（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL等指令的要求，可能不符合這些指令或其他相關(guān)指令的技術(shù)要求。

保修和責(zé)任

如果評(píng)估板不符合用戶指南中規(guī)定的規(guī)格，可在交付日期起30天內(nèi)退還以獲得全額退款。用戶承擔(dān)貨物正確和安全處理的所有責(zé)任和義務(wù)，并對(duì)TI因貨物處理或使用而產(chǎn)生的所有索賠進(jìn)行賠償。TI對(duì)應(yīng)用協(xié)助、客戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)、軟件性能或?qū)＠謾?quán)等不承擔(dān)責(zé)任。

安全警告

1. 應(yīng)在4.5V至14.5V的輸入電壓范圍和1.2V至5V的輸出電壓范圍內(nèi)操作評(píng)估板，超出指定輸入范圍可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)υu(píng)估板造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。
2. 施加超出指定輸出范圍的負(fù)載可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)υu(píng)估板造成永久性損壞。
3. 在正常運(yùn)行期間，一些電路組件的外殼溫度可能高于55°C，評(píng)估板設(shè)計(jì)為在某些組件高于60°C的情況下仍能正常工作，但在操作過(guò)程中將測(cè)量探頭靠近這些設(shè)備時(shí)，應(yīng)注意它們可能會(huì)很燙。

總之，TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692和TPS84621EVM - 692評(píng)估模塊為電源設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、靈活且易于測(cè)試的平臺(tái)。通過(guò)對(duì)這些模塊的深入了解和合理使用，工程師們可以更好地設(shè)計(jì)出滿足不同應(yīng)用需求的電源解決方案。你在使用這些評(píng)估模塊的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。