深入解析PWR594 EVM：双输出DC/DC模拟模块的应用与测试

在电子工程领域，电源模块的性能和稳定性至关重要。PWR594 EVM作为一款双输出DC/DC模拟模块，凭借其独特的设计和功能，在众多应用场景中展现出了卓越的性能。本文将深入探讨PWR594 EVM的特点、测试设置、配置方法以及性能数据，为电子工程师们提供全面的参考。

文件下载：TPS40425EVM-594.pdf

一、PWR594 EVM概述

PWR594 EVM默认设计为双输出转换器，使用标称12 - V总线，可产生高达20 A负载电流的1.2 - V稳压输出和1.8 - V稳压输出。该模块采用TPS40425或TPS40428控制器，这两款控制器均为双输出、2相、可堆叠的PMBus同步降压无驱动控制器，工作电压范围为4.5 - V至20 - V，支持通过PMBus接口进行编程和监控。

1.1 典型应用

• 无线基础设施：为无线基站等设备提供稳定的电源供应，确保设备的正常运行。
• 网络设备：如交换机、路由器、服务器和存储设备等，满足其对电源的高要求。

1.2 功能特点

• 稳压输出：提供1.2 - V和1.8 - V的稳压输出，最大直流稳态输出电流可达20 A。
• 可调节性：通过PMBus接口可对输出进行裕度调节和微调，同时支持可编程的欠压锁定（UVLO）、软启动、使能功能，以及过流警告和故障限制、过压和欠压故障限制等。
• 方便测试：提供多个测试点，便于对控制器的性能进行评估。

二、电气性能规格

PWR594 EVM的电气性能规格涵盖输入特性、输出特性和系统特性等方面。具体参数如下：	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围	-	7	12	14	V
最大输入电流	(V{IN} = 7 V)，(I{O1} = 20 A)，(I_{O2} = 20 A)	-	-	10	A
无负载输入电流	(V{IN} = 12 V)，(I{O1} = 0 A)，(I_{O2} = 0 A)	-	-	80	mA
输出电压 (V_{OUT1})	-	-	1.2	-	V
输出电压 (V_{OUT2})	-	-	1.8	-	V
输出负载电流 (I_{OUT1})	-	0	-	20	A
输出负载电流 (I_{OUT2})	-	0	-	20	A
线路调节率	输入电压7 - 14 V	-	-	0.5	%
负载调节率	输出电流0 - 20 A，双输出	-	-	0.5	%
输出电压纹波 (V_{OUT1})	(V{IN} = 12 V)，(I{OUT} = 20 A)	-	-	10	mVpp
输出电压纹波 (V_{OUT2})	(V{IN} = 12 V)，(I{OUT} = 20 A)	-	-	10	mVpp
电感峰值电流（TPS40425EVM）	-	-	-	30	A
电感峰值电流（TPS40428EVM）	-	-	-	40	A
开关频率	(V_{IN} = 12 V)	-	500	-	kHz
满载效率 (V_{OUT1})	(V{IN} = 12 V)，(I{O1} = 20 A)，(V_{OUT2}) 禁用	-	90	-	%
满载效率 (V_{OUT2})	(V{IN} = 12 V)，(I{O2} = 20 A)，(V_{OUT1}) 禁用	-	92	-	%
工作温度	-	-	25	-	°C

三、测试设置

3.1 测试和配置软件

为了更改EVM上的默认配置参数，需要使用TI Fusion Digital Power Designer软件。该软件是一个图形用户界面（GUI），通过PMBus协议与控制器进行通信，可实现电源输出的开关控制、实时数据监控以及常见操作特性的配置。软件可从http://www.ti.com/tool/fusion_digital_power_designer下载。

3.2 测试设备

• 电压源：输入电压源 (V_{IN}) 应为0 - 14 - V的可变直流源，能够提供15 A的电流。
• 万用表：建议使用三个万用表，分别测量 (V{IN})、(V{OUT1}) 和 (V_{OUT2})。
• 输出负载：使用两个可变电子负载，每个负载的电流能力应达到20 A。
• 示波器：用于测量输出噪声和纹波，建议使用Tip - and - Barrel方法进行测量。
• 风扇：在高负载长时间运行时，可能需要使用小风扇对EVM进行强制风冷，确保设备温度低于105°C。
• USB - to - GPIO接口适配器：用于EVM与主机计算机之间的通信，可从[http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio](http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio)购买。

3.3 电源顺序

功率级CSD95378B需要+5 - V电源，且必须在软启动前准备好。如果使用板载+5 - V电源，默认情况下，J1上放置跳线，板载+5 - V电源用于功率级。如果使用外部+5 - V电源，必须在软启动前准备好，并在控制器关闭前一直提供。具体跳线配置如下：

• 板载+5 - V（默认）：在J1和J3上放置跳线，移除J2上的跳线。
• 外部+5 - V：在J2和J3上放置跳线，移除J1上的跳线。

3.4 推荐测试设置

推荐的测试设置包括输入电源、电压测量设备、负载设备和通信适配器等，具体连接方式可参考文档中的示意图。

3.5 测试点和连接器列表

文档中详细列出了测试点和连接器的功能，方便工程师进行测试和调试。

四、EVM配置

EVM出厂时已预配置，关键工厂配置参数可参考文档中的表格。如果需要将EVM配置为其他设置，可使用TI Fusion Digital Power Designer软件进行重新配置。配置前，需向EVM施加输入电压，建议输入电压为4 V，以避免配置过程中转换器产生不必要的活动。

4.1 配置步骤

1. 调整输入电源，提供4 VDC，电流限制为1 A。
2. 将输入电压施加到EVM上，参考测试设置示意图进行连接。
3. 启动Fusion GUI软件，参考文档中的截图进行操作。
4. 根据需要配置EVM的操作参数。

需要注意的是，(I{OUT_CAL_GAIN}) 参数用于控制器计算输出电流水平，在TPS40425 EVM中，默认处于非智能功率模式，该参数应等于等效电感DCR值；在TPS40428 EVM中，默认处于智能功率模式，该参数必须设置为0.5 mΩ。此外，(T{ON_RISE}) 参数可能会影响启动性能，启动时输出电容组的浪涌电流与负载电流之和必须小于过流故障水平，以确保正常启动。

五、测试程序

5.1 线路/负载调节和效率测量程序

按照以下步骤进行线路/负载调节和效率测量：

1. 按照推荐测试设置搭建EVM。
2. 确保两个电子负载的电流设置为0 A。
3. 使用电压表#3将 (V_{IN}) 从0 V增加到12 V，测量输入电压。
4. 使用电压表#1测量输出电压 (V_{OUT1})。
5. 将负载从0 A变化到20 A，(V_{OUT1}) 应保持在规定的调节范围内。
6. 将 (V{IN}) 从7 V变化到14 V，(V{OUT1}) 应保持在规定的调节范围内。
7. 将负载减小到0 A。
8. 使用电压表#2测量输出电压 (V_{OUT2})。
9. 将负载从0 A变化到20 A，(V_{OUT2}) 应保持在规定的调节范围内。
10. 将 (V{IN}) 从7 V变化到14 V，(V{OUT2}) 应保持在规定的调节范围内。
11. 将负载减小到0 A。
12. 将 (V_{IN}) 减小到0 V。

5.2 控制环路增益和相位测量程序

PWR594 EVM在 (V{OUT1}) 和 (V{OUT2}) 的反馈环路中包含一个49.9 - Ω的串联电阻，用于环路响应分析。测量时，每次只能测量一个输出，具体步骤如下：

1. 按照推荐测试设置搭建EVM。
2. 对于 (V_{OUT1})，将网络分析仪的隔离变压器从TP7连接到TP8。
3. 将输入信号测量探头连接到TP8，输出信号测量探头连接到TP7。
4. 将两个探头通道的接地引线连接到TP16。
5. 在网络分析仪上测量Bode图（TP7/TP8）。
6. 对于 (V_{OUT2})，将网络分析仪的隔离变压器从TP29连接到TP28。
7. 将输入信号测量探头连接到TP28，输出信号测量探头连接到TP29。
8. 将两个探头通道的接地引线连接到TP15。
9. 在网络分析仪上测量Bode图（TP29/TP28）。
10. 在进行其他测量之前，断开隔离变压器与Bode图测试点的连接，以免信号注入反馈环路影响其他测量的准确性。

5.3 效率测量

测量EVM功率级的效率时，需要在正确的位置测量电压，以避免测量结果包含与功率级本身无关的损耗。测量 (V{OUT1}) 的效率时，通过Fusion GUI禁用 (V{OUT2})；测量 (V{OUT2}) 的效率时，禁用 (V{OUT1})。输入电流可在输入线的任何位置测量，输出电流可在被测量输出的输出线的任何位置测量。

5.4 设备开启和关闭顺序

• 开启顺序：
  • 如果使用外部+5 - V电源，先开启外部+5 - V电源；如果使用板载+5 - V电源，则跳过此步骤。
  • 开启输入电源，将 (V_{IN}) 增加到7 V以上。
  • 开启PWM。
  • 根据需要调整两个输出的负载电流。
• 关闭顺序：
  • 将两个输出的负载电流减小到0 A。
  • 关闭PWM。
  • 将输入电压减小到0 V。
  • 如果使用外部+5 - V电源，关闭外部+5 - V电源；如果使用板载+5 - V电源，则跳过此步骤。
  • 如果使用外部风扇，关闭外部风扇。

六、性能数据和典型特性曲线

文档中提供了TPS40425EVM的典型性能曲线和波形，包括效率、负载调节、Bode图、瞬态响应、输出纹波以及使能开启和关闭波形等。这些数据和曲线可以帮助工程师更好地了解PWR594 EVM的性能特点，为实际应用提供参考。

七、EVM组装图和PCB布局

文档展示了PWR594 EVM印刷电路板的设计，包括顶层组装图、底层组装图、顶层铜层、内部层和底层铜层等。这些图纸有助于工程师了解EVM的结构和布局，为进一步的设计和调试提供帮助。

八、物料清单

文档列出了PWR594 - 001（TPS40425 EVM）和PWR594 - 002（TPS40428 EVM）的物料清单，包括电容、电感、二极管、晶体管、电阻、连接器等元件的型号和制造商。

九、截图

文档提供了Fusion GUI的截图，展示了设备扫描模式选择、配置参数设置、监控屏幕、系统仪表盘和状态屏幕等界面。这些截图有助于工程师快速熟悉软件的操作和功能。

十、两相配置

PWR594 EVM可以通过更改物料清单配置为两相模式。文档中提供了两相配置的原理图和组件列表，方便工程师进行相关的设计和调试。

综上所述，PWR594 EVM是一款功能强大、性能稳定的双输出DC/DC模拟模块，适用于多种应用场景。通过本文的介绍，电子工程师们可以全面了解PWR594 EVM的特点、测试设置、配置方法和性能数据，为实际设计和应用提供有力的支持。在使用过程中，工程师们还需要注意相关的安全事项和操作规范，确保设备的正常运行。你在实际应用中是否遇到过类似电源模块的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。