TPS23750 Flyback-Converter Evaluation Board – HPA108使用指南

一、引言

在电子设计领域，评估模块是工程师验证和测试新设计的重要工具。今天我们要介绍的是德州仪器（Texas Instruments）的TPS23750 Flyback-Converter Evaluation Board – HPA108评估模块。这个模块实现了符合IEEE 802.3af标准的3类电源接口和一个DC/DC开关转换器，采用典型的以太网供电（PoE）配置。它为工程师提供了一个便捷的平台，用于测试和开发PoE相关的应用。

文件下载：TPS23750EVM-108.pdf

二、规格、原理图和物料清单

2.1 电气规格

该评估模块的电气规格涵盖了电源接口和DC/DC转换器两部分，工作温度范围为 -40°C 至 85°C。

• 电源接口：输入电压范围为0 - 57V，启动后的工作电压为36 - 57V。输入欠压锁定（UVLO）的上升和下降阈值分别为42V和30V。检测电压范围为2.7 - 10.1V，分类电压范围为14.5 - 20.5V，分类电流为26 - 30mA，浪涌电流限制为100 - 180mA，工作电流限制为405 - 495mA。
• DC/DC转换器：输出电压方面，3.3V输出在36V ≤ VIN ≤ 57V且负载电流ILOAD ≤ ILOAD(max)时，范围为3.13 - 3.47V；5V输出范围为4.75 - 5.25V。输出电流方面，3.3V输出最大为3A，5V输出最大为2A。输出纹波电压在VIN = 44V，ILOAD = 3A（3.3V输出）和VIN = 44V，ILOAD = 2A（5V输出）时，峰峰值均为15mV。端到端效率在VIN = 44V，ILOAD = 3A（3.3V输出）时为80%，VIN = 44V，ILOAD = 2A（5V输出）时为82%。开关频率范围为82 - 118kHz。

2.2 原理图

虽然文档中未详细展示原理图，但我们知道它基于TPS23750 PD控制器构建，采用同步反激拓扑实现3.3V隔离设计，同时物料清单还展示了如何构建3.3V或5V的隔离和非隔离变体。

2.3 物料清单

物料清单详细列出了构建评估模块所需的各种元件，包括电容、电阻、二极管、MOSFET、电感、变压器、IC等。不同的输出电压（3.3V和5V）以及隔离和非隔离设计所需的元件数量和型号有所不同。例如，在电容方面，有不同容值、耐压和封装的陶瓷电容和铝电解电容；在IC方面，有IEEE 802.3af集成初级侧控制器TPS23750PWP等。

三、电路板布局

3.1 布局考虑

PoE前端的布局需要遵循良好的电源和EMI/ESD实践。以下是一些基本建议：

• 元件放置：按照功率流的方向进行点对点放置，如RJ - 45 ￫ 以太网变压器 ￫ 二极管桥 ￫ TVS和0.1 - μF电容 ￫ TPS23750 ￫ 大容量电容 ￫ 转换器输入。
• 布线：所有引线应尽可能短，采用宽功率走线，并将信号和返回线配对。避免信号在功率流的不同部分之间交叉。
• 间距：48V输入电压轨之间以及输入和隔离转换器输出之间应遵循安全标准（如IEC60950）的间距要求。
• 接地：TPS23750应位于参考PoE输入的Vss和转换器操作的RTN的分割局部接地平面上。PoE侧可以没有接地平面，但转换器侧必须有。PowerPadTM必须连接到VSS平面或填充区域，特别是在考虑功率耗散时。以太网输入或转换器初级侧下方不应有逻辑接地和功率层。
• 散热：在SMT功率耗散器件上使用大铜填充和走线，在功率路径中使用宽走线或覆盖铜填充。

3.2 转换器布局规则

• 信号配对：配对信号以减少辐射和噪声，特别是携带高电流脉冲的路径，包括功率半导体和磁性元件。
• 缩短走线长度：减少上述路径中所有走线的长度。
• 垂直配对：尽可能使用垂直配对。
• 谨慎使用接地平面：小心使用接地平面来处理开关电流。
• 隔离高电流和高电压：将高电流和高电压开关远离低电平传感电路，包括电源外部的电路。
• 保护电流传感信号：RSP/RSN上的电流传感是最关键、对噪声敏感的信号，必须像上述规则一样进行保护，避免受到栅极驱动信号的影响。
• 注意高压区域间距：特别注意转换器高压部分周围的间距。

四、使用评估模块

4.1 设置

在使用评估模块之前，建议工程师阅读TPS23750的数据手册。典型的设置如图5所示，该图展示了评估模块的连接方式。

4.2 接口

评估模块的接口信息如下：	参考标识	描述
J2	以太网电缆将此端口连接到供电设备（PSE），该端口同时传输数据和电源。
J1	此端口仅传输数据，请勿向此端口施加电源。
J4	此端子块接受来自壁式适配器等电源的辅助电源。
J3	输出电压端口。
D12	如果DC/DC转换器输出开启，此LED亮起。
D11	如果PD FET开关开启，此LED亮起。

4.3 测量

在进行测量时，需要注意以下几点：

• 变压器噪声：变压器T2的杂散磁场可能会将噪声耦合到测量中，在测量低电平信号（如输出纹波电压）时，这种噪声可能会很明显。应保持示波器探头的接地引线短，并远离T2，以减少噪声拾取。
• 接地环路：如果将测试设备连接到评估模块，可能会产生接地环路。应通过使测试设备和/或电源浮地来避免接地环路。

4.4 评估模块操作

TPS23750数据手册详细描述了隔离反激PD中各种组件的电气操作和功能，该数据手册中的电路与评估模块中的电路类似。

五、相关文档

相关文档包括TPS23750、TPS23770集成100V IEEE 802.3af PD和DC/DC控制器数据手册（SLVS590）以及IEEE Std 802.3af标准。

六、重要注意事项

6.1 评估板使用限制

该评估板仅用于工程开发、演示或评估目的，不是适合一般消费者使用的成品。处理该产品的人员必须具备电子培训，并遵守良好的工程实践标准。评估板可能不满足欧盟关于电磁兼容性、限制物质（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL的指令要求。

6.2 保修和责任

如果评估板不符合用户指南中规定的规格，可以在交付日期起30天内退货以获得全额退款。卖方对买方的唯一保修即上述保修，替代所有其他明示、暗示或法定保修，包括适销性或特定用途适用性的保修。用户承担妥善和安全处理产品的所有责任和义务，并赔偿TI因产品处理或使用而产生的所有索赔。

6.3 安全警告

• 电压范围：必须在0V至57V的输入电压范围和3V至6V的输出电压范围内操作评估板。超出指定输入范围可能导致意外操作和/或对评估板造成不可逆转的损坏。如果对输入范围有疑问，请在连接输入电源之前联系TI现场代表。
• 负载范围：施加超出指定输出范围的负载可能导致意外操作和/或对评估板造成永久性损坏。在连接任何负载到评估板输出之前，请参考评估板用户指南。如果对负载规格不确定，请联系TI现场代表。
• 高温组件：在正常操作期间，一些电路组件的外壳温度可能会超过100°C。只要保持输入和输出范围，评估板设计为在某些组件高于100°C的情况下正常运行。这些组件包括但不限于线性稳压器、开关晶体管、功率晶体管和电流感测电阻器。在操作期间将测量探头放置在这些设备附近时，请注意这些设备可能会很烫。

通过以上介绍，相信工程师们对TPS23750 Flyback-Converter Evaluation Board – HPA108评估模块有了更全面的了解。在实际应用中，大家可以根据这些信息进行合理的设计和测试，以实现理想的PoE应用。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。