TPS54319EVM - 626评估模块深度解析

在电子工程师的日常工作中，评估模块是验证和测试芯片性能的重要工具。今天我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS54319EVM - 626评估模块，看看它能为我们带来哪些有价值的信息。

文件下载：TPS54319EVM-626.pdf

一、模块背景

TPS54319是一款直流 - 直流转换器，能够在2.95V至6V的输入电压下提供高达3A的输出电流。TPS54319EVM - 626评估模块旨在展示使用TPS54319调节器设计时，能实现较小的印刷电路板面积。其开关频率外部设定为标称1000kHz，内部集成了高端和低端MOSFET以及栅极驱动电路。MOSFET的低漏源导通电阻使得TPS54319能够实现高效率，并在高输出电流时保持较低的结温。补偿组件位于集成电路外部，外部分压器可实现输出电压的调节。此外，TPS54319还提供可调节的软启动和欠压锁定输入。该评估模块的绝对最大输入电压为7V。

输入电压和输出电流范围

	输入电压范围	输出电流范围
TPS54319EVM - 626		0A至2.5A

二、性能规格总结

在输入电压 (V_{IN}=5V) 、输出电压为1.8V（除非另有说明）的条件下，TPS54319EVM - 626的性能规格如下：		测试条件			典型值	最大值	单位
(V_{IN}) 电压范围			3		6	V
输出电压设定点				1.8		V
	(V_{IN}=3V) 至 (6V)				3
线性调整率			±0.06%
负载调整率			±0.15%
负载瞬态响应		电压变化		-100		mV
恢复时间				ms
(I_{O}=1.5A) 至0A	电压变化		100
	0.1
环路带宽			50
相位裕度			49
输入纹波电压			100			mVpp
输出纹波电压	(I_{O}=3A)		10
			6			ms
工作频率			1000
最大效率			93.8%

这些性能指标为我们评估该模块在实际应用中的表现提供了重要依据。你在设计电路时，是否会重点关注这些指标呢？

三、模块修改

输出电压设定点

评估模块的输出电压通过R6和R7组成的分压器来设置。可以通过改变电阻R6的值来改变输出电压，计算公式为： [R 6 = 10kOmega × frac{(V_{OUT } - 0.827V)}{0.827V}]

需要注意的是， (V_{IN}) 必须在一定范围内，以确保最小导通时间大于130ns，最大占空比小于94%。更高的占空比虽然可能实现，但可能导致不均匀的开关行为。

输出电压 (V)	R6值 (kΩ)
1.2	4.53
1.5	8.06
1.8	11.8
2.5	20.0
3.3	30.1

改变输出电压可能会影响环路响应，可能需要修改补偿组件，具体细节可参考数据手册（SLVSA83）。

工作频率、软启动和欠压锁定

工作频率、软启动时间和欠压锁定（UVLO）电压也可以进行调整。R5设置工作频率，C7设置软启动时间，R1和R2组成的分压器设置UVLO的启动和停止电压。详细的调整参数可参考TPS54319（SLVSA83）数据手册。

四、测试设置与结果

输入/输出连接

TPS54319EVM - 626配备了输入/输出连接器和测试点，具体如下：	参考标识	功能
J1	(V{IN}) （ (V{IN}) 范围见表1）
J2	(V_{OUT}) ，最大3A时为1.8V
JP1	使能功能跳线。安装跳线禁用，断开启用
JP2	PWRGD上拉跳线。安装跳线通过100kΩ将PWRGD拉至 (V_{IN})
TP1	(V{IN}) 连接器处的 (V{IN}) 测试点
TP2	(V_{IN}) 处的GND测试点
TP3	PH测试点，EN测试点。将EN接地禁用，断开启用
TP4	软启动监测测试点
TP5	R8和R6之间的测试点，用于环路响应测量
TP6	OUT连接器处的输出电压测试点
TP7	OUT连接器处的GND测试点
TP8	PWRGD测试点

在连接时，需要使用能够提供1.5A电流的电源通过一对20AWG电线连接到J1，负载通过一对20AWG电线连接到J2，最大负载电流能力为2.5A，同时要尽量减小电线长度以减少损耗。

效率

该评估模块的效率在负载电流约为0.5A、 (V_{IN}=3.3V) 时达到峰值，然后随着负载电流接近满载而降低。在环境温度为25°C时，不同负载电流下的效率情况可参考相关图表。需要注意的是，由于内部MOSFET的漏源电阻随温度变化，在较高环境温度下效率可能会降低。

输出电压调节

• 负载调节：在环境温度为25°C时，TPS54319EVM - 626的负载调节情况可通过相关图表查看。
• 线性调节：其线性调节情况也有相应的图表展示。

负载瞬态响应

当电流从0A阶跃到1.5A、输入电压为5V时，TPS54319EVM - 626的响应情况可通过相关图表查看，包括输出的纹波和噪声在内的总峰 - 峰电压变化也会在图中体现。

环路特性

在 (V_{IN}=5V) 、负载电流为3A的条件下，TPS54319EVM - 626的环路响应特性（增益和相位图）可通过相关图表查看。

输出电压纹波和输入电压纹波

在输出电流为额定满载3A、 (V_{IN}=5V) 的情况下，输出电压纹波和输入电压纹波可通过直接测量相应电容器两端的电压得到，具体情况可参考相关图表。

上电情况

• 相对于 (V_{IN}) 上电：当输入电压最初施加，达到欠压锁定阈值时，启动序列开始，输出以外部设定的速率向设定值1.8V上升。
• 相对于EN上电：输入电压最初施加并达到5V，同时EN通过在JP1上安装跳线保持低电平。当移除跳线时，设备启用，启动序列开始，输出以外部设定的速率向设定值1.8V上升。

五、电路板布局

布局特点

TPS54319EVM - 626的电路板布局有其独特之处。顶层包含 (V{IN}) 、 (V{OUT}) 和VPHASE的主要电源走线，以及TPS54319其余引脚的连接和大面积的接地。两个内层和底层包含接地平面，顶层、底层和内部接地走线通过分布在电路板周围的多个过孔连接，其中四个过孔直接位于TPS54319器件下方，为从顶层接地区域到底层接地平面提供热路径。

输入去耦电容（C2和C3）和自举电容（C6）都尽可能靠近IC放置。此外，电压设定点电阻分压器组件也靠近IC。分压器网络在调节点（输出连接器J2处的铜 (V_{OUT}) 走线）连接到输出电压。根据评估模块与输入电源的连接情况，可能需要额外的输入大容量电容（C1）。

估计电路面积

该设计中使用的组件估计印刷电路板面积为 (0.32in) ，此面积不包括测试点或连接器。

六、原理图和物料清单

原理图

TPS54319EVM - 626的原理图可参考相关图表，它清晰地展示了模块的电路结构。

物料清单

数量	参考标识	值	描述	尺寸	零件编号	制造商
0	C1	开路	电容器，多模式，SM 1210到E封装 + F通孔，多尺寸	工程专用
1	C2	10uF	陶瓷电容器，10V，X5R，20%	1206	标准	标准
1	C3, C6	0.1uF	陶瓷电容器，25V，X7R，10%	0603	标准	标准
1	C4	3300pF	陶瓷电容器，50V，X7R，10%	0603	标准	标准
1	C5	开路	陶瓷电容器	0603	标准	标准
0	C7	0.01uF	陶瓷电容器，25V，X7R，10%	0603	标准	标准
2	C8, C9	22uF	陶瓷电容器，10V，X5R，20%	1210	GRM32ER61A2 26KE20	Murata
2	J1, J2	ED555/2DS	2引脚端子块，6A，3.5mm	0.27 x 0.25""	ED555/2DS	OST
2	JP1, JP2	PEC02SAAN	2引脚公头，100mil间距	0.100英寸 x 2	PEC02SAAN	Sullins
1	L1	1.5uH	功率电感器，21.45mΩ，4.6A，±20%	0.157 x 0.157英寸	XAL4020 - 152ME	Coilcraft
1	R1, R2	开路	贴片电阻，1/16W，1%	0603	标准	标准
1	R3	7.68k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	标准	标准
1	R4	100k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	标准	标准
1	R5	182k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	标准	标准
1	R6	11.8k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	标准	标准
1	R7	10.0k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	标准	标准
1	R8	51.1	贴片电阻，1/16W，1%	0603	标准	标准
5	TP1, TP3, TP4, TP5, TP6, TP8	5000	红色通孔测试点，颜色编码	0.100 x 0.100英寸	5000	Keystone
3	TP2, TP7	5001	黑色通孔测试点，颜色编码	0.100 x 0.100英寸	5001	Keystone
1	U1	TPS54319RTE	集成电路，DC - DC转换器，3 - 6V，3A，QFN - 16		TPS54319RTE	TI
2		分流器，100mil，黑色	0.100	929950 - 00	3M
1		PCB，2.5" x 2.5" x 0.062"	2.5" x 2.5" x 0.062"	HPA526	任意

这份物料清单为我们了解模块的组成和进行元件替换提供了详细信息。

七、重要注意事项

评估板用途

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。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。

合规性

该评估板/套件不属于欧盟关于电磁兼容性、有害物质限制（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL的指令范围，因此可能不符合这些指令或其他相关指令的技术要求。

操作范围

需要在输入电压范围3.5V至60V和输出电压范围1.8V至5V内操作该评估板。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；连接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。

温度注意

在正常操作期间，一些电路组件的外壳温度可能高于60°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55°C的情况下仍能正常工作。在操作过程中，靠近这些设备放置测量探头时，要注意这些设备可能会很烫。

通过对TPS54319EVM - 626评估模块的详细解析，我们对其性能、特点和使用注意事项有了更深入的了解。在实际设计中，你是否会考虑使用这款评估模块呢？希望本文能为你的电子设计工作提供有价值的参考。