探索LMZ3170x电源模块评估模块：设计与应用指南

引言

在电子工程师的日常工作中，电源模块的评估与设计是至关重要的环节。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的LMZ3170x电源模块评估模块，包括LMZ31710EVM - 001、LMZ31707EVM - 002和LMZ31704EVM - 003。这些评估模块为我们提供了一个便捷的平台，用于全面评估SIMPLE SWITCHER®电源模块的特性和性能。

文件下载：LMZ31710EVM-001.pdf

评估模块概述

功能特性

该评估模块采用LMZ31710（10 - A）、LMZ31707（7 - A）或LMZ31704（4 - A）同步降压电源模块，适用于典型的5 - V和12 - V输入总线应用。通过配置跳线，输出电压可设置为七种常用值之一，开关频率也能通过跳线设置为七种值之一。评估模块能够提供设备的完整输出电流额定值，并且板上包含输入和输出电容器，以适应各种输入和输出电压范围。

测试点与监控功能

评估模块提供了丰富的监测测试点，可用于测量效率、功率耗散、输入纹波、输出纹波、线路和负载调节以及瞬态响应等参数。同时，还提供了控制测试点，用于测试LMZ317xx设备的PWRGD、抑制/欠压锁定（UVLO）、同步和软启动/跟踪等功能。

快速上手

用户界面

评估模块的用户界面如图2 - 1所示。极化的PVin电源端子块（TB1）用于连接主机输入电源，极化的Vout电源端子块（TB2）用于连接负载。这些端子块可接受最大16 - AWG的电线。极化的Vbias端子块（TB3）在需要可选的分离电源操作时，与VIN选择跳线（P1）一起使用。

测试点使用

• 电压监测：PVin Monitor和Vout Monitor测试点用于电压监测，可连接电压表测量PVin和Vout。电压表参考应连接到电源端子块之间的四个PVin/Vout Monitor Grounds测试点之一。需要注意的是，这些测试点不能作为输入电源或输出负载的连接点，因为连接到这些测试点的PCB走线不支持高电流。
• 波形监测：PVin Scope和Vout Scope测试点可用于使用示波器监测PVin和Vout波形。这些测试点适用于配备低电感接地引线（接地弹簧）的无罩示波器探头。
• 控制测试：位于设备正下方的Controls测试点用于测试设备的功能。任何与这些测试点的外部连接都应参考位于评估模块底部的Control Ground测试点。

跳线设置

Vout Select跳线（P3）和Fsw Select跳线（P2）用于选择所需的输出电压和合适的开关频率。在给评估模块供电之前，确保跳线存在并正确定位以获得预期的输出电压。具体的跳线设置可参考表2 - 1。在更改跳线设置之前，务必先移除输入电源。

测试点详细描述

评估模块提供了十二个线环测试点和两个示波器探头测试点，方便使用数字电压表（DVM）或示波器探头进行设备评估。以下是各测试点的详细描述：	测试点	描述
PVIN	输入电压监测点，连接DVM以测量效率。
VOUT	输出电压监测点，连接DVM以测量效率、线路调节和负载调节。
AGND	输入和输出电压监测接地（位于端子块之间），将上述DVM参考到这四个模拟接地点之一。
PVIN Scope (J1)	输入电压示波器监测点，连接示波器以测量输入纹波电压。
VOUT Scope (J2)	输出电压示波器监测点，连接示波器以测量输出纹波电压和瞬态响应。
PWRGD	监测设备的电源良好信号，这是一个开漏信号，若需要监测则需要外部上拉电阻，推荐使用10 - kΩ至100 - kΩ的上拉电阻。当输出电压在其标称值的92%至107%范围内时，PWRGD为高电平。
INH/UVLO	将此点连接到控制接地以抑制设备，让此点浮空以启用设备。可在该点、控制接地和VIN之间连接外部电阻分压器以调整设备的UVLO。
RT/CLK	连接到设备的RT/CLK引脚，可在此点施加外部时钟信号以使设备同步到合适的频率。
SS/TR	连接到设备的内部软启动电容器，可从该点连接外部电容器到控制接地以增加设备的软启动时间，此点也可用于跟踪应用。
SYNC_OUT	此输出提供一个与设备PH节点相位相差180°的时钟信号，可用于同步其他设备。
AGND	控制接地（位于评估模块底部），将与控制测试点相关的任何信号参考到这个模拟接地点。

操作注意事项

电源供应

若要使用单个电源操作评估模块，Vin选择跳线（P1）必须处于图2 - 1所示的默认PVIN - VIN位置。在此位置，设备的PVin和Vin引脚连接在一起。评估模块的UVLO阈值约为4 V，具有0.15 V的迟滞。输入电压必须高于UVLO阈值设备才能启动，启动后，设备的最小输入电压必须至少为4.5 V或（VOUT + 0.7 V），取两者中的较大值。设备的最大工作输入电压为17 V。

软启动时间

施加适当的输入电压后，设备的输出电压将在约1.2 ms内上升到最终值。如果需要，可以通过在SS/TR测试点添加电容器来增加软启动时间。

开关频率选择

表2 - 1列出了每个VOUT选择的推荐开关频率，这些推荐涵盖了广泛的输入电压和输出负载条件。开关频率的选择会受到占空比、最小导通时间、最小关断时间和电流限制等因素的影响。在某些应用中，根据上述因素，其他开关频率也可用于特定的输出电压。

电容需求

评估模块包含输入和输出电容器，以适应各种输入和输出电压条件。实际所需的电容值将取决于特定应用的输入和输出电压条件以及所需的瞬态响应。在大多数情况下，所需的输出电容将小于评估模块上提供的电容。

轻载效率模式

LMZ317xx在轻电流时以脉冲跳过模式运行，以提高轻载效率（LLE模式）。在输出电压低于1.5 V时，脉冲跳过可能会导致在无负载放电能量时输出电压上升。根据VOUT的不同，需要至少600 µA或更小的最小负载来保持输出电压在规定范围内。对于VOUT = 0.6 V的最坏情况，1 - kΩ电阻将提供600 µA的所需最小负载。如果应用需要额外的负载来满足最小负载要求，可以在评估模块外部连接额外负载或安装在评估模块底面的R16位置。

性能数据

图5 - 1至图5 - 8展示了LMZ31710EVM在VOUT = 1.8 V和FSW = 500 kHz条件下的性能。对于LMZ31707和LMZ31704的数据，请参考产品数据手册。

原理图与物料清单

原理图

图6 - 1为评估模块的原理图，它展示了各个组件之间的连接关系，为工程师进行电路分析和设计提供了重要依据。

物料清单

表7 - 1列出了评估模块的物料清单（BOM），包括各个组件的型号、值、描述、尺寸、零件编号和制造商等信息。这对于工程师进行物料采购和组装非常有帮助。

PCB布局

图8 - 1至图8 - 6展示了评估模块的PCB布局，包括顶面组件布局、底面组件布局以及各层铜箔布局。合理的PCB布局对于提高模块的性能和稳定性至关重要，它可以最大限度地提高热性能，减少输出纹波和噪声。

总结

LMZ3170x电源模块评估模块为电子工程师提供了一个全面评估SIMPLE SWITCHER®电源模块性能的平台。通过合理使用评估模块上的测试点和跳线设置，工程师可以深入了解电源模块的各项性能指标，并根据实际应用需求进行优化设计。希望本文能为广大电子工程师在使用LMZ3170x电源模块评估模块时提供有益的参考。

你在使用LMZ3170x电源模块评估模块的过程中遇到过哪些问题？你对电源模块的设计和评估有什么独特的见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。