探索TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692及TPS84621EVM - 692評估模塊

引言

在電源設計領域，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。德州儀器（Texas Instruments）的TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692和TPS84621EVM - 692集成電源解決方案評估模塊，為我們提供了一個很好的測試和驗證平臺。今天，我們就來深入了解一下這些評估模塊。

文件下載：TPS84320EVM-692.pdf

模塊概述

功能特點

這些評估模塊基于TPS84620/621/320調(diào)節(jié)器設計，具有以下顯著特點：

1. 集成度高：提供完整的集成電源解決方案，允許小尺寸、低輪廓設計，能有效節(jié)省電路板空間。
2. 效率高：效率最高可達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用需求。
4. 開關頻率可調(diào)：可根據(jù)具體應用場景調(diào)整開關頻率，優(yōu)化電源性能。

應用場景

這些評估模塊適用于多個領域，包括：

1. 寬帶和通信基礎設施：為通信設備提供穩(wěn)定的電源支持。
2. 自動化測試和醫(yī)療設備：滿足設備對電源穩(wěn)定性和精度的要求。
3. Compact PCI/PCI Express/PXI Express：為相關接口設備提供合適的電源。
4. DSP和FPGA負載點應用：為數(shù)字信號處理和現(xiàn)場可編程門陣列提供可靠的電源供應。

背景信息

評估模塊旨在展示使用TPS84320/620/621調(diào)節(jié)器設計時可實現(xiàn)的小印刷電路板面積。默認輸出電壓為3.3V，開關頻率為630kHz。高側(cè)和低側(cè)MOSFET與柵極驅(qū)動電路集成在TPS84320/620/621封裝內(nèi)，MOSFET的低漏源導通電阻使模塊能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并有助于在高輸出電流時保持較低的結溫。補償組件內(nèi)置于芯片中，通過外部電阻和跳線可實現(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、跟蹤和欠壓鎖定輸入功能。評估模塊的絕對最大輸入電壓為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時為4.925 - 5.075V，3.3V時為3.250 - 3.350V等。
2. 輸出電流：最大可達6A。
3. 輸出紋波電壓：在PVIN = VIN = 12V、ILOAD = 6A時，不同輸出電壓下的紋波電壓峰值 - 峰值為12mV。
4. 開關頻率：在PVIN = VIN = 12V、ILOAD = 6A時，不同輸出電壓對應不同的開關頻率，如3.3V時為780kHz等。
5. 效率：在不同輸入電壓、輸出電壓和負載條件下，效率有所不同，最高可達91%。
6. 線路調(diào)節(jié)：±0.1%。
7. 負載調(diào)節(jié)：±0.1%。
8. 負載瞬態(tài)偏差：在1A/μs負載階躍、50%至100% ILOAD時為60mV。
9. 負載瞬態(tài)恢復時間：在1A/μs負載階躍、50%至100% ILOAD時為80μs。
10. 工作溫度： - 40°C至85°C。
11. 慢啟動時間：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

這些評估模塊允許進行一些修改以滿足不同的應用需求：

1. 輸出電壓設定點：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）的值，具體值可參考組件數(shù)據(jù)手冊。當J4上的所有跳線都打開時，將選擇組件的默認輸出電壓，TPS84620無默認電壓，TPS84320為0.8V，TPS84621為0.6V。
2. 頻率選擇：開關頻率可在J11處選擇，不同評估模塊有不同的選擇選項，如TPS84620EVM - 692的最小頻率為480kHz，最大頻率為780kHz等。
3. 慢啟動時間：可通過更改C8的值來調(diào)整慢啟動時間，評估模塊默認慢啟動時間為2.8ms（C8 = 4700pF且J10安裝）。
4. 跟蹤輸入：TPS84320/620/621在啟動時可跟蹤外部電壓，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)手冊中的說明調(diào)整欠壓鎖定，評估模塊通過提供的電阻分壓器和J8提供兩個可選的UVLO設定點，J9提供禁止輸入。
6. 輸入電壓軌：評估模塊設計為適應功率級和控制邏輯的不同輸入電壓水平。正常運行時，PVIN和VIN輸入通過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），此時需在J1和J2處提供雙輸入電壓。

測試設置

輸入/輸出連接

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

1. 需將能夠提供4A電流的電源通過一對20AWG電線連接到J1，J3上的跳線必須就位。對于分離輸入電壓軌操作，請參考第4.6節(jié)。
2. 負載必須通過一對20AWG電線連接到J7，最大負載電流能力必須為6A，應盡量減小電線長度以減少電線中的損耗。
3. 測試點TP1用于監(jiān)測VIN輸入電壓，TP2提供方便的接地參考；TP4用于監(jiān)測輸出電壓，TP12作為接地參考。

連接器和測試點說明

典型性能數(shù)據(jù)

效率相關

通過一系列圖表展示了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)化電源設計。

電壓調(diào)節(jié)

包括輸出電壓負載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)。負載調(diào)節(jié)展示了輸出電壓隨負載變化的情況，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載和輸入電壓下能保持較好的電壓穩(wěn)定性。

負載瞬態(tài)響應

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

環(huán)路響應

TPS84620EVM - 692的環(huán)路響應顯示，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輸出負載時的輸出電壓紋波和輸入電壓紋波情況，有助于評估模塊的電源質(zhì)量。

啟動波形

展示了TPS84620EVM - 692在PVIN上升時的啟動波形，輸出在PVIN達到8V的上升UVLO時開始上升，J9可在PVIN存在時禁止VOUT，這對于了解模塊的啟動過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則：

1. 輸入電容應靠近PVIN和PGND端子放置，以減少輸入電壓的波動。
2. 輸出電容應靠近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，應在單點連接到PGND，AGND端子45用于從設備散熱，必須通過多個過孔連接到AGND平面。
4. SENSE + 引腳提供設備的遠程感測功能，應在負載附近連接到VO。
5. 模擬控制引腳（VADJ、RT/CLK、INH/UVLO、STSEL和SS/TR）應使用推薦的電路組件連接到AGND。

估計電路面積

該設計中使用的組件估計印刷電路板面積為0.55 in2（354 mm2），此面積不包括測試點或連接器。

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、測試點等組件的詳細信息，如型號、制造商等。這對于工程師進行模塊的組裝和維護非常有幫助。

重要注意事項

評估板使用限制

這些評估板僅用于工程開發(fā)、演示或評估目的，并非適合一般消費者使用的成品。處理產(chǎn)品的人員必須具備電子培訓并遵守良好的工程實踐標準。評估板不滿足歐盟關于電磁兼容性、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指令的技術要求。

保修和責任

如果評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。用戶承擔貨物正確和安全處理的所有責任和義務，并對TI因貨物處理或使用而產(chǎn)生的所有索賠進行賠償。TI對應用協(xié)助、客戶產(chǎn)品設計、軟件性能或?qū)＠謾嗟炔怀袚熑巍?/p>

安全警告

1. 應在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)操作評估板，超出指定輸入范圍可能導致意外操作和/或?qū)υu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載可能導致意外操作和/或?qū)υu估板造成永久性損壞。
3. 在正常運行期間，一些電路組件的外殼溫度可能高于55°C，評估板設計為在某些組件高于60°C的情況下仍能正常工作，但在操作過程中將測量探頭靠近這些設備時，應注意它們可能會很燙。

總之，TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692和TPS84621EVM - 692評估模塊為電源設計工程師提供了一個功能強大、靈活且易于測試的平臺。通過對這些模塊的深入了解和合理使用，工程師們可以更好地設計出滿足不同應用需求的電源解決方案。你在使用這些評估模塊的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。