TPS53126 Buck控制器评估模块：设计与测试全解析

在电子设计领域，对于成本敏感型应用的电源设计，德州仪器（Texas Instruments）的TPS53126 Buck控制器评估模块（TPS53126EVM - 600）提供了一个便捷且实用的解决方案。今天，我们就来深入探讨这个评估模块的各个方面，包括其基本特性、电气性能、测试方法以及性能数据。

文件下载：TPS53126EVM-600.pdf

一、评估模块概述

1. 模块描述

TPS53126EVM - 600评估板为用户提供了一种方便的方式，在实际的成本敏感型应用中评估TPS53126双D - CAP2™模式控制降压控制器。它能够从一个宽松调节的12V（8V至22V）电源中，提供低核心类型的1.05V和I/O类型的1.8V输出，每个输出通道的电流最高可达4A。同时，模块上配备了开关和测试点，方便用户评估TPS53126控制器在其应用中的性能。

2. 应用领域

该评估模块适用于多种数字产品，如数字电视、机顶盒、DSL和电缆调制解调器以及其他成本敏感型数字消费产品。

3. 模块特性

• 输入电压范围：8V至22V，适应多种电源环境。
• 输出电压：提供1.05V和1.8V两种输出，满足不同负载需求。
• 输出电流：每个通道最大输出电流可达4A。
• 频率控制：通过开关可选择350kHz或700kHz的伪固定频率D - CAP2™模式控制。
• 独立使能开关：用于电源开启/关闭测试，方便用户对每个输出通道进行独立控制。

二、电气性能规格

1. 输入特性

输入电压范围为8V至22V，在VIN = 12V，IOUT1 = 4A，IOUT2 = 4A的条件下，输入电流典型值为1.2A，最大值为1.5A。无负载输入电流在VIN = 12V，IOUT = 0A，SW3 = 350kHz时为20mA。输入欠压锁定（UVLO）在IOUT = 4A时，范围为4.0V至4.5V。

2. 输出特性

• VOUT1：在VIN = 12V，IOUT1 = 2A时，输出电压为1.05V。线路调节率在VIN = 8V至22V时为1%，负载调节率在IOUT1 = 0A至4A时为1%。输出电压纹波在VIN = 12V，IOUT2 = 4A时为30mVpp。
• VOUT2：在VIN = 12V，IOUT2 = 2A时，输出电压为1.80V。线路调节率和负载调节率同样为1%，输出电压纹波在VIN = 12V，IOUT2 = 4A时为30mVpp。

3. 系统特性

开关频率在SW3 = 350kHz时，范围为200kHz至400kHz。输出1的峰值效率在VIN = 12V，SW3 = 350kHz时为88%，满载效率为85%；输出2的峰值效率为91%，满载效率同样为91%。

三、原理图与连接

1. 原理图

文档中提供了TPS53126EVM - 600的原理图（Figure 3 - 1），它是整个模块设计的基础，详细展示了各个元件的连接方式和电路结构。对于电子工程师来说，原理图是理解模块工作原理和进行后续设计优化的重要依据。

2. 连接器和测试点

• 使能开关（SW1和SW2）：用于独立控制两个输出通道的开启和关闭。当开关置于DIS位置时，通道被禁用并根据TPS53126的内部放电特性进行放电；置于EN位置时，相应通道开启。
• 开关频率选择开关（SW3）：可选择TPS53126的TEST2 IC引脚编程的频率。当处于350kHz位置时，D - CAP2模式控制选择350kHz的导通时间（Ton）；处于700kHz位置时，选择700kHz的导通时间。需要注意的是，在模块运行时不要切换SW3的位置，如需更改频率，应先禁用两个通道。
• 测试点：模块上设置了多个测试点，用于监测不同的参数。例如，TP9和TP3用于监测输入电压，TP8和TP4用于监测通道1的输出电压，TP7和TP6用于监测通道2的输出电压，TP5和TP11用于监测开关节点波形电压，TP10用于监测内部5V稳压器的输出电压。

四、测试设置与流程

1. 测试设备

• 电压源：0V至25V的可变直流电源，最小输出电流为3A。
• 仪表：包括0A至5A的电流表、0V至25V的电压表（用于测量VIN）、0V至2V的电压表（分别用于测量VOUT1和VOUT2）。
• 负载：两个电子负载，分别设置为恒流模式，一个可在1.05V下提供0A至4A的电流，另一个可在1.8V下提供0A至4A的电流。
• 示波器和探头：示波器需设置为交流耦合测量，带宽限制为20MHz。推荐使用具有暴露导电接地桶的示波器探头。
• 推荐线规：VIN到J3的连接推荐使用AWG 16线，总长度小于2英尺；J1到LOAD1和J2到LOAD2的连接推荐使用AWG 14线，总长度同样小于2英尺。
• 其他设备：由于模块中的元件在工作时可能会发热，建议使用一个风量为200 - 400 lfm的小风扇来降低元件温度。

2. 推荐设置

在ESD工作站进行测试，确保在给模块通电前，将任何腕带、靴子或垫子连接到接地参考点。同时，建议佩戴静电服和安全眼镜。文档中的Figure 5 - 1展示了推荐的测试设置，为实际测试提供了清晰的指导。

3. 测试流程

• 启动程序：在连接直流输入源VIN之前，将源电流限制在最大2A，并将VIN初始设置为0V。确保LOAD1和LOAD2设置为恒流模式且电流为0A，将SW1、SW2和SW3置于所需位置，开启风扇，然后将VIN从0V增加到12Vdc。
• 线路/负载调节和效率测量程序：按照推荐设置搭建测试环境，启动模块，将VIN调整到8Vdc至22Vdc之间的所需值，将LOAD1/LOAD2调整到0Adc至4Adc之间的所需负载，读取输入电压、输出电压和输入电流，最后按照关机程序关闭模块。
• 输出纹波电压测量程序：同样按照推荐设置搭建测试环境，启动模块，调整VIN和LOAD1/LOAD2，将示波器探头连接到相应的测试点（TP8和TP4用于VOUT1，TP7和TP6用于VOUT2），测量输出纹波，最后关闭模块。
• 关机程序：将SW1和SW2设置为DIS，将LOAD1和LOAD2的电流降至0A并关闭，将VIN降至0V并关闭，最后关闭风扇。

五、性能数据与典型特性曲线

文档中提供了一系列典型性能曲线，包括效率与负载的关系、输出电压与负载的关系、输出电压纹波以及开关节点波形等。这些曲线为工程师提供了模块在不同条件下的性能参考，但实际性能数据可能会受到测量技术和环境变量的影响，因此仅供参考。

六、EVM组装图纸和布局

TPS53126EVM - 600采用4层、2盎司覆铜的印刷电路板（PCB）设计，尺寸为3.5英寸×2.7英寸，方便用户查看、探测和评估TPS53126控制集成电路。文档中的Figure 8 - 1至Figure 8 - 6展示了PCB的设计，包括顶层组装、底层组装、顶层、底层以及两个内层的布局。对于空间受限的系统，还可以通过将元件移动到PCB的两侧或使用额外的内层来进一步减小尺寸。

七、物料清单

文档中的Table 9 - 1列出了TPS53126EVM - 600的物料清单，包括每个元件的数量、参考编号、值、描述、尺寸、零件编号和制造商等信息。这对于工程师进行元件采购和替换非常有帮助。

综上所述，TPS53126EVM - 600评估模块为电子工程师在成本敏感型应用中评估TPS53126控制器提供了一个全面的解决方案。通过详细的电气性能规格、清晰的测试设置和流程以及丰富的性能数据，工程师可以更好地了解和应用该模块，为实际设计提供有力支持。大家在使用这个评估模块的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。