TPS55010EVM - 009 低功耗隔離式 Fly - Buck? 轉換器評估模塊詳解

在電子設計中，電源模塊的性能和設計合理性至關重要。今天我們來詳細探討一下德州儀器（TI）的 TPS55010EVM - 009 低功耗隔離式 Fly - Buck? 轉換器評估模塊。

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一、模塊概述

TPS55010EVM - 009 評估模塊主要用于展示 TPS55010 調節(jié)器的性能和特點。TPS55010 是一款 DC/DC 轉換器，能夠在 4.5V 至 5.5V 的輸入電壓源下提供高達 200mA 的輸出電流。該評估模塊設計的一大亮點在于，它能展示使用 TPS55010 調節(jié)器設計時可實現(xiàn)的小尺寸印刷電路板面積。其開關頻率外部設定為標稱 350kHz，內部集成了高端和低端 MOSFET 以及柵極驅動電路，MOSFET 的低漏源導通電阻使得 TPS55010 能實現(xiàn)良好的效率。補償組件位于集成電路（IC）外部，通過外部分壓器可實現(xiàn)輸出電壓可調。此外，TPS55010 還提供可調的慢啟動和欠壓鎖定輸入功能。不過要注意，TPS55010EVM - 009 的絕對最大輸入電壓為 6V。

輸入電壓和輸出電流范圍

性能規(guī)格總結

模塊修改

該評估模塊可以進行一些修改，以滿足不同的設計需求：

• 輸入電壓范圍：TPS55010EVM - 009 通?？稍?5V 或 3.3V 的輸入電壓下工作。若要使用 3.3V 標稱輸入電壓，需移除 R3（使 EVM 能從較低輸入電壓啟動），并將 R9 更改為 511kΩ（將開關頻率更改為 200kHz）。
• 工作頻率、慢啟動和欠壓鎖定（UVLO）：工作頻率、慢啟動時間和 UVLO 電壓均可調整。R9 設定工作頻率，C5 設定慢啟動時間，R2 和 R3 組成的電阻分壓器設定 UVLO 啟動和停止電壓。具體調整參數可參考 TPS55010 數據手冊（SLVSAV0）。
• 齊納二極管和輸出緩沖器：在無負載條件下，如果沒有輸出電壓限制，輸出電壓 (V_{OUT}) 可能高達 15V。TPS55010EVM - 009 通過一個標稱 5.6V 的齊納二極管與電阻串聯(lián)，將 J2 處的輸出電壓限制在 6V。當 J2 處的外部負載約為 3mA 以上時，齊納二極管對電路的負載影響可忽略不計。此外，在輸出整流器兩端提供了 R - C 緩沖器的占位，雖然緩沖器會影響效率，但可用于抑制整流器兩端的振鈴。

二、測試設置與結果

輸入/輸出連接

連接時，需要一個能夠提供 0.5A 電流的電源通過一對 20AWG 電線連接到 J1，負載則通過一對 20AWG 電線連接到 J2。測試點 TP2 用于監(jiān)測 (V_{IN}) 輸入電壓，TP5 作為方便的接地參考；TP10 用于監(jiān)測輸出電壓，TP4 作為接地參考。

測試結果

• 效率：在環(huán)境溫度為 25°C 時，TPS55010EVM - 009 的效率如圖 1 所示。不過，由于內部 MOSFET 漏源電阻的溫度變化，在較高環(huán)境溫度下效率可能會降低。
• 負載調整率：圖 2 展示了在環(huán)境溫度為 25°C 時 TPS55010EVM - 009 的負載調整率情況。
• 線性調整率：圖 3 顯示了在環(huán)境溫度為 25°C 時 TPS55010EVM - 009 的線性調整率，輸入電壓 (V_{IN}=5V)。
• 環(huán)路特性：圖 4 展示了 TPS55010EVM - 009 的環(huán)路響應特性。在 0mA 負載時，單位增益帶寬為 32.5kHz，相位裕度為 53 度；在 200mA 負載時，單位增益帶寬為 25.2kHz，相位裕度為 82 度。
• 輸出電壓紋波：圖 5 展示了輸出電流為額定滿載 200mA 且 (V_{IN}=5V) 時，TPS55010EVM - 009 的輸出電壓紋波情況，紋波電壓直接在輸出電容兩端測量。
• 輸入電壓紋波：圖 6 展示了輸出電流為額定滿載 200mA 且 (V_{IN}=5V) 時，TPS55010EVM - 009 的輸入電壓紋波情況，紋波電壓直接在輸入電容兩端測量。
• 上電情況：圖 7 展示了 (V{IN}) 上升時的啟動波形，輸出負載為 22Ω。當 (V{IN}) 達到上升的 UVLO 電壓 4.5V 時，輸出開始上升。

三、電路板布局

布局設計

TPS55010EVM - 009 的電路板布局如圖 8 - 10 所示。評估模塊的頂層布局采用了典型的用戶應用方式，頂層和底層均為 2oz 銅。基本的布局準則如下：

• 將輸入電容靠近 TPS55010 的 (V_{IN}) 和 GND 端子放置。
• 合理安排變壓器、輸入電容和調節(jié)電壓電容的位置，以最小化環(huán)路面積。
• 將模擬控制電路（COMP、VSENSE、RT/CLK 和 SS 引腳）的 GND 端連接在一起，并與主電源 GND 分開，然后在單點將該模擬 GND 走線/形狀連接到電源 GND（TPS55010 的 PowerPAD? IC 封裝）。TPS55010 的 PowerPAD? 封裝可用于從設備中散熱，必須按照 TPS55010 數據手冊（SLVSAV0）所示，通過多個過孔連接到 GND 平面。

估計電路面積

該設計中使用的組件的估計印刷電路板面積為 0.70 平方英寸，此面積不包括測試點或連接器。

四、原理圖和物料清單

原理圖

圖 11 為 TPS55010EVM - 009 的原理圖，它詳細展示了各個組件之間的連接關系，對于理解模塊的工作原理至關重要。

物料清單

了解物料清單可以幫助我們在設計和維護過程中準確選擇和替換組件。

在實際設計中，我們可以根據這些信息對 TPS55010EVM - 009 進行靈活應用和調整，以滿足不同的項目需求。大家在使用過程中有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。