TPS53513降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，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。TPS53513EVM - PWR587评估模块作为一款重要的降压转换器评估工具，为工程师们提供了一个便捷的测试和验证平台。下面将详细介绍该评估模块的相关内容。

文件下载：TPS53513EVM-587.pdf

一、引言

TPS53513EVM - PWR587评估模块采用了TPS53513器件，这是一款具有D - CAP3™模式的8A同步降压转换器，集成了MOSFET。它能够在12V输入总线的情况下，提供高达8A的1.2V固定输出。

二、模块描述

典型应用

该评估模块适用于多种场景，包括服务器和存储设备、工作站和桌面电脑以及电信基础设施等。这些应用场景对电源的稳定性和效率都有较高的要求，而TPS53513EVM - PWR587正好能够满足这些需求。

模块特性

1. 输出电流：具备8A的直流稳态输出电流，能够满足大多数低电压应用的负载需求。
2. 启动特性：支持预偏置输出电压启动，这在一些特殊的应用场景中非常实用。
3. 功能接口：设有J2用于使能功能，J5用于自动跳过和强制CCM模式选择，J7可提供额外的5V输入以实现进一步的节能目的。
4. 测试便利性：提供了方便的测试点，便于探测关键波形，有助于工程师对模块性能进行评估。

三、电气性能规格

输入特性

• 电压范围：输入电压范围为5V - 18V，在常见的电源输入范围内都能正常工作。
• 最大输入电流：当输入电压为5V，输出电流为8A时，最大输入电流为2.5A。
• 无负载输入电流：在输入电压为12V且输出电流为0A的自动跳过模式下，无负载输入电流仅为1mA，体现了良好的节能特性。

输出特性

• 输出电压：固定输出电压为1.2V。
• 电压调节：在不同的输入电压和负载电流条件下，输出电压的调节性能良好。例如，在5V - 14V输入电压范围和0A - 8A负载电流范围内，线路调节率为0.2%，负载调节率为0.5%。
• 输出电压纹波：在输入电压为12V，输出电流为8A的情况下，输出电压纹波为10mVPP。
• 输出负载电流：输出负载电流范围为0A - 8A，最大输出过电流为11A。
• 软启动：软启动时间为1ms，有助于减少启动时的电流冲击。

系统特性

• 开关频率：开关频率为1000kHz，可根据实际需求进行调整。
• 效率：在输入电压为12V，输出为1.2V / 4A时，峰值效率为88.5%；在1.2V / 8A满载时，效率为86.9%。
• 工作温度：工作温度为25°C。

四、测试设置

测试设备

1. 电压源：输入电压源 (V{IN}) 需为0V - 14V的可变直流源，能够提供10A的直流电流。将 (V{IN}) 连接到J1。
2. 万用表：使用两个万用表，V1用于测量 (V{IN})（在TP1和TP4之间），V2用于测量 (V{OUT})（在TP7和TP9之间）。
3. 输出负载：输出负载应为电子恒阻模式负载，能够在1.2V下承受15A的直流电流。
4. 示波器：可使用数字或模拟示波器测量输出纹波，设置为1MΩ阻抗、20MHz带宽、AC耦合、1µs / div水平分辨率和20mV / div垂直分辨率。通过将示波器探头尖端置于TP7，接地端置于TP9来测量输出纹波电压。

推荐测试设置

输入连接

在连接直流输入源 (V{IN}) 之前，建议将源电流限制在最大10A。确保 (V{IN}) 初始设置为0V，并按照图5 - 2进行连接。同时，在TP1（ (V_{IN}) ）和TP2（GND）处连接电压表V1以测量输入电压。

输出连接

将负载连接到J3，并在施加 (V{IN}) 之前将负载设置为恒阻模式以吸收0A的直流电流。在TP7（ (V{OUT}) ）和TP9（GND）处连接电压表V2以测量输出电压。

五、配置

开关频率选择

开关频率可以根据表6 - 1进行更改，默认设置为1MHz。通过改变R3和R4的阻值，可以实现不同的开关频率设置。

模式选择

MODE可以通过J5进行设置，默认设置为FCCM。不同的跳线设置对应不同的模式，如1 - 2引脚短路为FCCM（2× RC时间常数），3 - 4引脚短路为强制CCM（1× RC时间常数）等。

VDD引脚电源选择

控制器可以通过J7进行启用和禁用，默认设置为VDD引脚通过R19连接到 (V_{IN}) 引脚。J7需要合适的输入电压进行上电，VDD引脚的输入电压范围为4.5V - 25V。

六、测试程序

线路/负载调节和效率测量程序

1. 按照第5节和图5 - 2的描述设置评估模块。
2. 确保负载设置为恒阻模式并吸收0A的直流电流。
3. 按照第6节的要求设置所有跳线。
4. 在施加 (V_{IN}) 之前，确保评估模块中提供的跳线在J2上短路。
5. 将 (V_{IN}) 从0V增加到12V，使用V1测量输入电压。
6. 移除J2上的跳线以启用控制器。
7. 使用V2测量 (V_{OUT}) 电压。
8. 将负载从0A变化到10A， (V_{OUT}) 必须保持在负载调节范围内。
9. 将 (V{IN}) 从8V变化到14V， (V{OUT}) 必须保持在线路调节范围内。
10. 将跳线放在J2上以禁用转换器。
11. 将负载减小到0A。
12. 将 (V_{IN}) 减小到0V。

控制环路增益和相位测量程序

TPS53513EVM - PWR587在反馈环路中包含一个10Ω的串联电阻，用于环路响应分析。

1. 按照第5节和图5 - 2的描述设置评估模块。
2. 将隔离变压器连接到标记为TP5和TP8的测试点。
3. 将输入信号幅度测量探头（通道A）连接到TP10，将输出信号幅度测量探头（通道B）连接到TP11。
4. 将通道A和通道B的接地引线连接到TP15。
5. 通过隔离变压器注入约20mV或更小的信号。
6. 以10Hz或更低的后置滤波器将频率从100Hz扫描到1MHz，可测量控制环路增益和相位裕度。
7. 在进行其他测量之前，从波特图测试点断开隔离变压器（反馈中的信号注入可能会干扰其他测量的准确性）。

测试点列表

测试点	名称	描述
TP1	(V_{IN})	转换器输入电源电压
TP2	(V_{REG})	LDO电压
TP3	(PGood)	电源良好输出
TP4	(PGND)	电源地
TP5	(CHB)	环路注入输入B
TP6	(SW)	开关节点
TP7	(V_{OUT})	(V_{OUT}) 端子 +
TP8	(CHA)	环路注入输入A
TP9	(PGND)	电源地
TP10	(RF)	RF引脚
TP11	(TRIP)	TRIP引脚
TP12	(EN)	使能引脚
TP13	(V_{DD})	(V_{DD}) 引脚
TP14	(MODE)	模式引脚
TP15	(AGND)	模拟地

设备关机

测试结束后，先关闭负载，然后关闭 (V_{IN})。

七、EVM组装图和PCB布局

TPS53513EVM - PWR587印刷电路板采用4层、2oz铜电路板设计，文中提供了从顶层到底层的多个组装图和铜层图，有助于工程师了解模块的结构和布局。

八、材料清单

详细列出了评估模块中各个元件的设计符号、数量、值、描述、封装、参考零件编号和制造商等信息，方便工程师进行元件的采购和替换。

九、修订历史

记录了从修订版A（2013年12月）到修订版C（2021年11月）的修订内容，包括用户指南标题的更改、表格和图形编号格式的更新以及文档的编辑等。

通过以上对TPS53513EVM - PWR587评估模块的详细介绍，相信工程师们能够更好地了解和使用该模块，为电子设计工作提供有力的支持。在实际应用中，大家可以根据具体需求对模块进行灵活配置和测试，以达到最佳的性能表现。你在使用该评估模块的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。