德州仪器LMZ3150x系列电源模块评估模块使用指南

在电子设计领域，电源模块的性能和易用性对整个系统的稳定性和效率起着关键作用。德州仪器（Texas Instruments）的LMZ31506H、LMZ31503和LMZ31506 Simple Switcher® 电源模块评估模块（LMZ3150xEVM - 692）为工程师们提供了一个便捷的测试和开发平台。下面，我们就来详细了解一下这些评估模块。

文件下载：LMZ31503EVM-692.pdf

一、模块概述

1.1 模块特性

LMZ31506H和LMZ31506电源模块可提供高达6A的输出电流，而LMZ31503则可提供高达3A的输出电流。这些电源模块具有双电压输入，分别用于功率级（PVIN）和控制电路（VIN）。功率级输入（PVIN）的额定电压范围为1.6V至14.5V，控制输入（VIN）的额定电压范围为4.5V至14.5V。评估模块LMZ3150xEVM - 692同时提供这两种输入，且在设计和测试时将PVIN连接到VIN。

该评估模块具有以下特点：

• 集成度高：完整的集成电源模块允许小尺寸、低剖面设计。
• 效率高：效率高达96%。
• 输出电压调节范围广：输出电压可在0.6V至5.5V之间调节，参考精度为1%。
• 开关频率可调：用户可以根据实际需求调整开关频率。

1.2 背景知识

评估模块旨在展示使用LMZ31506H、LMZ31503和LMZ31506电源模块设计时可实现的小印刷电路板面积。器件封装内集成了高端和低端MOSFET以及栅极驱动电路。MOSFET的低漏源导通电阻使模块能够实现高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。补偿组件内置于器件中，外部电阻和跳线允许调节输出电压和频率。此外，这些模块还提供可调的软启动、跟踪和欠压锁定输入。绝对最大输入电压为15V。

二、模块修改

2.1 输出电压设定

可在J4处选择输出电压。可以使用丝印选择模块上预编程的所需电压。如果需要不同的电压，可以将RSET电阻（R2至R6和R8中的任何一个）更改为组件数据表中列出的值。当J4上的所有跳线都断开时，将选择组件的默认输出电压。不同组件的默认输出电压如下：	组件	默认电压
LMZ31506H	不推荐
LMZ31503	0.8V
LMZ31506	0.6V

2.2 频率选择

开关频率在J11处选择。不同评估模块的选择选项如下表所示：	跳线位置	LMZ31506HEVM - 692	LMZ31503EVM - 692	LMZ31506EVM - 692
MIN	480kHz	330kHz	250kHz
1	530kHz	330kHz	330kHz
2	580kHz	480kHz	480kHz
3	630kHz	630kHz	630kHz
MAX	780kHz	780kHz	780kHz

2.3 软启动时间

软启动时间可以通过更改C8的值来调整。更多信息请参考LMZ31506H、LMZ31503和LMZ31506的数据表。评估模块的软启动时间设置为2.8ms（C8 = 4700pF且J10安装）。

2.4 跟踪输入

LMZ31506H、LMZ31503和LMZ31506可以在启动期间跟踪外部电压。J6连接器用于连接外部电压。可以使用提供的电阻分压器和J5实现比例或同时跟踪。具体细节请参考产品数据表。

2.5 可调欠压锁定（UVLO）

欠压锁定（UVLO）可以按照LMZ31506H、LMZ31503和LMZ31506的数据表中的说明进行调整。评估模块使用提供的电阻分压器和J8提供两个可选的UVLO设定点。J9提供禁止输入。

2.6 输入电压轨

评估模块设计用于适应功率级和控制逻辑的不同输入电压水平。在正常操作期间，PVIN和VIN输入通过J3顶部的两个引脚之间的跳线连接（VIN = PVIN位置）。单输入电压在J1处提供。如果需要，可以将J3跳线移动到下部两个引脚（VIN = VBIAS位置）来分离输入电压。此时，必须在J1和J2处同时提供双输入电压。

三、测试设置

3.1 输入/输出连接

LMZ3150xEVM - 692提供了输入/输出连接器和测试点。必须通过一对20AWG电线将能够提供4A电流的电源连接到J1。J3上的跳线必须就位。对于分离输入电压轨操作，请参考第3.6节。负载必须通过一对20AWG电线连接到J7，最大负载电流能力必须为6A。应尽量减小电线长度，以减少电线中的损耗。测试点TP1用于监测VIN输入电压，TP2提供方便的接地参考。TP4用于监测输出电压，TP12作为接地参考。

四、典型性能数据

4.1 效率与输入电压

通过图表可以看出在不同输入电压和输出电流下模块的效率变化情况，有助于工程师选择合适的输入电压范围以实现更高的效率。

4.2 轻载效率与输入电压

在轻载情况下，模块的效率表现对于节能设计非常重要。该图表展示了轻载时效率随输入电压的变化。

4.3 效率与输出电压/频率

在不同的输出电压和频率组合下，模块的效率也会有所不同。这些数据可以帮助工程师根据实际需求选择合适的输出电压和频率。

4.4 输出电压负载调节和线路调节

负载调节和线路调节反映了模块在负载变化和输入电压变化时输出电压的稳定性。通过相关图表可以直观地了解模块在不同情况下的电压调节能力。

4.5 负载瞬态响应

展示了模块在负载瞬态变化时的响应情况，包括输出电压的波动和恢复时间等。

4.6 环路响应

环路响应数据对于评估模块的稳定性和动态性能非常重要。例如，LMZ31506EVM - 692的环路响应中，单位增益带宽为50kHz，相位裕度为70度，增益裕度为19dB，增益斜率为 - 1。

4.7 电压纹波

包括输出电压纹波和输入电压纹波的相关数据，有助于工程师评估模块的输出质量和电源噪声情况。

4.8 上电波形

展示了模块在上电过程中的波形，包括输出电压的上升时间和启动条件等。

五、电路板布局/组装图

5.1 布局

LMZ3150xEVM - 692的电路板布局通过多个图层展示。顶层布局有测试点和跳线，方便在任何操作条件下评估电源模块。电路板的顶层、底层和内部层均为2oz铜。基本的布局准则包括：

• 将输入电容器靠近PVIN和PGND端子放置。
• 将输出电容器靠近VO和PGND端子放置。
• AGND是模拟控制电路的0Vdc参考，应在单点连接到PGND。
• AGND端子45用于从器件散热，必须通过多个过孔连接到AGND平面。
• SENSE +引脚提供远程感应功能，应在负载附近连接到VO。
• 模拟控制引脚应使用推荐的电路组件连接到AGND。

5.2 估计电路面积

该设计中使用的组件的估计印刷电路板面积为0.55in²（354mm²），此面积不包括测试点或连接器。

六、材料清单

文档提供了LMZ31506HEVM - 692、LMZ31503EVM - 692和LMZ31506EVM - 692的材料清单，包括各种电容器、电阻器、二极管、连接器、测试点等组件的详细信息，如型号、制造商等。

七、标准条款和条件

7.1 交付

德州仪器按照规定的条款和条件向用户交付评估模块，用户接受评估模块需明确遵守以下条款。

7.2 有限保修和相关补救措施/免责声明

评估模块自交付用户之日起90天内符合TI公布的规格。TI不承担因用户或其他非TI实体的疏忽、误用、不当安装或测试等原因造成的缺陷责任。如果评估模块不符合保修条件，TI的唯一责任是选择修复、更换或为用户账户提供信用。

7.3 监管通知

不同国家和地区对评估模块有不同的监管要求，如美国的FCC规定、加拿大的Industry Canada规定以及日本的相关规定等。用户在使用评估模块时需要遵守这些规定。

7.4 使用限制和警告

评估模块不应用于功能安全和/或安全关键评估，包括但不限于生命支持应用的评估。用户在处理或使用评估模块之前，必须阅读并应用TI提供的用户指南和其他可用文档，包括任何警告或限制通知。操作评估模块时应在TI推荐的规格和环境条件范围内进行，超出规定的性能评级和规格可能会导致人身伤害、死亡或财产损失。

总之，德州仪器的LMZ3150xEVM - 692评估模块为工程师提供了一个全面的测试和开发平台，通过合理利用其特性和功能，可以设计出高效、稳定的电源系统。各位工程师在使用过程中，不妨根据实际需求对模块进行调整和优化，以达到最佳的设计效果。你在使用类似电源模块评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。