深入解析TPS53317EVM - 750评估模块：设计、测试与应用

在电子工程领域，电源管理模块的性能直接影响着整个系统的稳定性和效率。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的TPS53317EVM - 750评估模块，看看它在低电压应用中是如何发挥作用的。

文件下载：TPS53317EVM-750.pdf

一、模块介绍

TPS53317EVM - 750评估模块采用了TPS53317芯片，这是一款采用D - CAP +™技术的全集成同步降压调节器。该模块设计用于使用1.5V电压轨产生0.75V的稳压输出，或者使用1.35V电压轨产生0.675V的稳压输出，最大负载电流可达6A。它不仅能展示TPS53317在典型低电压应用中的性能，还提供了多个测试点，方便工程师评估其性能。

典型应用

该模块适用于VTT终端器以及1V至6V降压轨的低电压应用。

模块特性

• 集成下垂支持：能够更好地应对负载变化，保证输出电压的稳定性。
• 外部跟踪支持：可根据外部参考电压调整输出电压，增加了应用的灵活性。
• 可选开关频率设置：提供600kHz和1MHz两种开关频率，工程师可以根据具体需求进行选择。
• 可选轻载操作模式：包括自动跳过和强制CCM（连续导通模式），有助于在不同负载情况下优化效率。
• 可选谷值过流限制：有效保护电路，防止过流损坏。
• PGOOD功能：方便监测电源状态，确保系统正常运行。
• 方便的测试点：便于探测关键波形，进行性能评估。

二、电气性能规格

输入特性

• 电压范围：输入电压范围为1.4V至1.6V，典型值为1.5V。
• 最大输入电流：在输入电压为1.5V，输出电流为6A时，典型输入电流为4A。
• 无负载输入电流：在输入电压为1.5V，输出电流为0A，跳过模式下，开关频率为600kHz时，典型无负载输入电流为1mA。

输出特性

• 输出电压：输出电压典型值为0.75V。
• 输出电压调节：包括设定点精度、线路调节和负载调节，在不同条件下都能保证输出电压的稳定。例如，在输入电压为1.5V，输出电流为0A，非下垂模式下，设定点精度为±2%；在线路调节和负载调节方面，也能将电压变化控制在较小范围内。
• 输出电压纹波：在输入电压为1.5V，输出电流为6A时，输出电压纹波典型值为10mVpp。
• 输出负载电流：输出负载电流范围为0A至6A。
• 过流限制谷值：有7.6A和5.4A两种可选。

系统特性

• 开关频率：可选600kHz或1000kHz。
• 峰值效率：在输入电压为1.5V，输出电流为1.6A，跳过模式下，开关频率为600kHz时，峰值效率可达89.8%。
• 满载效率：在输入电压为1.5V，输出电流为6A，跳过模式下，开关频率为600kHz时，满载效率为82.3%。
• 工作温度：典型工作温度为25°C。

三、测试设置

测试设备

• 电压源：VIN需要一个0V至5V的可变直流电源，能够提供10A的电流；V5IN需要一个5V的直流电源，能够提供1A的电流。
• 万用表：用于测量输入电压、输出电压和输入电流等参数。
• 输出负载：需要一个电子恒阻模式负载，能够承受0A至10A的电流。
• 风扇：由于模块中的一些组件在运行时可能会接近55°C，建议使用一个风量为200LFM至400LFM的小风扇来降低组件温度。

推荐测试设置

在ESD工作站上进行测试，确保在给模块供电之前，将任何腕带、靴子或垫子连接到接地参考点。具体连接步骤如下：

• 输入连接：
  • 连接VIN之前，建议将VIN的源电流限制在最大10A，并将VIN初始设置为0V，连接到J1。
  • 在VIN和J1之间连接电流表A1，测量输入电流。
  • 在TP1（VIN）和TP2（PGND）之间连接电压表V1，测量输入电压。
  • 连接V5IN之前，建议将V5IN的源电流限制在最大1A，并将V5IN初始设置为0V，连接到J3。
  • 连接电流表A2，测量5V电源电流。
  • 在TP3（V5IN）和TP4（PGND）之间连接电压表V3，测量V5IN电压。
• 输出连接：
  • 将负载连接到J2，并在施加VIN之前将负载设置为恒阻模式，使其吸收0A电流。
  • 在TP5（VOUT）和TP6（PGND）之间连接电压表V2，测量输出电压。
• 其他连接：按照图3所示放置风扇并打开，确保空气流过模块。

四、配置选项

模式选择

通过J4可以设置MODE，有8种模式可供选择，每种模式对应不同的模式电阻、轻载节能模式、开关频率和过流限制谷值。例如，默认设置为MODE1，此时1 - 2引脚短路，模式电阻为0kΩ，轻载节能模式为跳过模式，开关频率为600kHz，过流限制谷值为7.6A。

下垂/非下垂配置

通过J6可以配置下垂功能，默认设置为非下垂模式。当J6的1 - 2引脚短路时为下垂模式，2 - 3引脚短路时为非下垂模式。

外部跟踪选择

通过J5可以配置外部跟踪功能。如果J5短路，则使用内部2V的VREF电压将目标输出电压设置为0.75V；如果J5打开，则可以将1.2V至4.0V的外部参考电压应用到J7，输出电压将被调节为外部参考电压的一半。

启用选择

通过S1可以启用或禁用控制器，默认设置为禁用控制器。当开关设置为DIS时，禁用控制器；设置为EN时，启用控制器。

五、测试程序

线路/负载调节和效率测量程序

1. 按照图3所示设置模块。
2. 确保负载设置为恒阻模式，并吸收0A电流。
3. 确保所有跳线和开关配置设置符合第6节的要求。
4. 将V5IN从0V增加到5V，使用V3测量V5IN电压。
5. 将VIN从0V增加到1.5V，使用V1测量VIN电压。
6. 将开关S1设置为EN，启用控制器。
7. 使用V2测量输出电压，A1测量输入电流，A2测量V5IN电源电流。
8. 将负载从0A变化到3A，输出电压应保持在负载调节范围内。
9. 将VIN从1.4V变化到1.6V，输出电压应保持在线路调节范围内。
10. 将开关S1设置为DIS，禁用控制器。
11. 将负载降低到0A。
12. 将VIN降低到0V。
13. 将V5IN降低到0V。

控制回路增益和相位测量程序

TPS53317EVM - 750在反馈回路中包含一个10Ω的串联电阻，用于回路响应分析。具体步骤如下：

1. 按照图3所示设置模块。
2. 将隔离变压器连接到标记为TP12和TP13的测试点。
3. 将输入信号幅度测量探头（通道A）连接到TP12，输出信号幅度测量探头（通道B）连接到TP13。
4. 将通道A和通道B的接地引线连接到TP14。
5. 通过隔离变压器注入约40mV或更小的信号。
6. 以10Hz或更低的后置滤波器将频率从500Hz扫描到500kHz，测量控制回路增益和相位裕度。
7. 在进行其他测量之前，从波特图测试点断开隔离变压器，因为信号注入反馈可能会干扰其他测量的准确性。

测试点列表

模块提供了多个测试点，用于监测不同的参数，如输入电压、输出电压、电源状态等。具体测试点及其功能如下表所示：	TEST POINTS	NAME	DESCRIPTION
TP1	VIN	输入电压
TP2	PGND	VIN的PGND
TP3	V5IN	模拟电路和栅极驱动的5V电源
TP4	PGND	V5IN的PGND
TP5	VOUT	输出电压
TP6	PGND	VOUT的PGND
TP7	PGOOD	电源良好
TP8	EN	使能引脚
TP9	SW	开关节点
TP10	AGND	信号接地
TP11	VREF	内部2V参考电压输出
TP12	CHA	环路注入的输入A
TP13	CHB	环路注入的输入B
TP14	AGND	信号接地
TP15	REFIN	目标输出电压输入

设备关机

测试结束后，按照以下顺序关闭设备：

1. 关闭VIN。
2. 关闭V5IN。
3. 关闭负载。
4. 关闭风扇。

六、性能数据和典型特性曲线

文档中提供了一系列典型性能曲线，包括效率、负载调节、输出瞬态、输出纹波、开关节点、启用开启/关闭、预偏置开启、波特图和热图像等。这些曲线可以帮助工程师更好地了解模块在不同条件下的性能表现。

七、EVM组装图和PCB布局

模块采用4层、2oz铜电路板设计，文档中提供了顶层组装图、底层组装图、顶层铜层、第2层、第3层和底层的视图，方便工程师进行参考和设计。

八、材料清单

文档列出了模块的详细材料清单，包括电容、电感、电阻、开关、测试点、芯片等组件的数量、参考编号、描述、零件编号和制造商等信息，为工程师进行采购和组装提供了便利。

九、重要注意事项

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，并非适合一般消费者使用的成品。用户必须具备电子培训，并遵守良好的工程实践标准。

电气安全

操作时应确保在推荐的输入电压范围（1.4V至1.6V）和输出电压范围（0.735V至0.765V）内使用，否则可能导致意外操作或不可逆损坏。同时，要注意电路组件在正常运行时可能会有较高的温度，避免触摸。

法规合规

该评估板可能未经过FCC、CE、UL等相关法规的测试，使用时可能会产生射频干扰，用户需要自行采取措施解决。在日本使用时，需要遵守相关的无线电法规。

总之，TPS53317EVM - 750评估模块为工程师提供了一个方便的平台，用于评估TPS53317芯片在低电压应用中的性能。通过合理的配置和测试，工程师可以更好地了解模块的特性，为实际应用提供参考。你在使用类似评估模块时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。