探索TPS54x73EVM - 225评估模块：设计与性能全解析

在电子设计领域，电源管理模块的性能和设计灵活性至关重要。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的TPS54673EVM - 225和TPS54873EVM - 225评估模块，了解它们的特点、性能以及使用方法。

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一、模块概述

TPS54x73EVM - 225评估模块采用了TPS54673或TPS54873同步降压稳压器，具备启动时禁用灌电流（DSDS）功能。它能够在3.3V或5V的标称输入电压下，提供0.9V至2.5V（3.3V输入时）或0.9V至3.3V（5V输入时）的输出电压。具体的输入电压和输出电流范围如下：	EVM	输入电压范围	输出电流范围
TPS54673EVM - 225	3.0V至6.0V	- 6A至6A
TPS54873EVM - 225	4.0V至6.0V	- 8A至8A

这个模块的设计旨在展示使用TPS54x73系列稳压器时能够实现的小尺寸PCB设计。开关频率设定为标称700kHz，允许使用小尺寸的0.65µH输出电感。而且，MOSFET集成在TPS54x73封装内，无需外部MOSFET及其相关驱动器，低导通电阻的MOSFET保证了高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。补偿组件位于IC外部，可实现可调输出电压和可定制的环路响应。

二、性能规格

1. TPS54673EVM - 225性能

在输出电压为3.3V和2.5V的情况下，该模块展现出了良好的性能。例如，在特定测试条件下，输出电流范围、负载调节、相位裕度、输出纹波电压等指标都有明确的表现。最大效率在(V{I}=3.3V)，(V{O}=2.5V)，(I{O}=1.0A)时能达到93%。不过，需要注意的是，当(v{1})接近3V时，最大占空比会接近极限，从而限制(V_{O}=2.5V)时的输入电压范围。

2. TPS54873EVM - 225性能

对于TPS54873EVM - 225，在输出电压为5V和3.3V时，其输入电压范围、线路调节、负载调节、负载瞬态响应等性能指标也较为出色。最大效率可达93.5%。

三、模块修改

1. 输出电压调整

通过改变R4的值，可以在0.9V至3.3V的范围内调整输出电压。计算公式为(R4 = 10kΩ × frac{0.891V}{V_{O}-0.891V})。以下是一些常见输出电压对应的R4值：	输出电压 (V)	R4值 (kΩ)
0.9	1000
1.2	28.7
1.5	14.7
1.8	9.76
2.5	5.49
3.3	3.74

2. 开关频率调整

开关频率可以通过改变R6的值在280kHz至700kHz之间进行调整。不过，降低开关频率会增加输出纹波，除非增加L1的值。可以参考频率微调电阻选择图来确定合适的R6值。

3. 输出滤波器配置

模块支持通过PCB背面的焊盘进行替代输出滤波器配置。C15、C16和C17的位置可容纳多达三个电解型表面贴装电容器，L2的位置可容纳如Vishay IHLP - 5050系列等流行的电感器。由于输出滤波器的变化会影响整体环路响应，因此可能需要调整补偿网络（R1、R2、R3、C1、C2和C3）的值。反馈路径中的0Ω电阻R8方便测试补偿值的变化。

4. 预充电功能

TPS54x73系列器件主要用于需要输出预充电条件的应用，如DSP和微处理器的电源。模块提供了四个串联二极管D1至D4，允许用户从EVM输入电压或外部源对输出进行预充电。使用输入电压作为预充电源时，在J3插头上安装跳线；使用外部源时，使用J4连接器端子，同时保持J3断开。需要注意的是，输出电压预充电不能超过预设输出电压，否则TPS54x73器件将无法开始开关操作，并且可能因电压瞬变导致器件损坏。

四、测试设置与结果

1. 输入/输出连接

TPS54x73EVM - 225有Vout J1、Vin J2和Prechgin J4等输入/输出连接。应使用能够提供6A电流的电源通过一对20 - AWG电线连接到J2，负载通过一对16 - AWG电线连接到J2。测试点TP1方便连接示波器电压探头以监测输出电压。在使用外部电源作为(V{1})源时，可能需要根据电源输出阻抗和连接线长度添加额外的大容量电容器。

2. 效率

模块的效率在负载电流约为1A至2A时达到峰值，然后随着负载电流接近满载而降低。环境温度升高会导致MOSFET的漏源电阻变化，从而降低效率。此外，700kHz的开关频率下效率略低于较低开关频率，这是由于MOSFET的栅极和开关损耗造成的。

3. 功率耗散

PWP封装的低结壳热阻和良好的电路板布局使得模块能够在输出全额定负载电流的同时保持安全的结温。例如，在3.3V输入源和6A负载下，结温约为60°C，壳温约为55°C。

4. 输出电压调节

输出电压的负载调节和线路调节性能在环境温度为25°C时进行了测量。TPS54673的输入电压下限约为3.02V，因为此时器件处于最大占空比运行状态。

5. 负载瞬态响应

模块对负载瞬态的响应表现良好，电流阶跃从最大额定负载的25%到75%时，输出电压的总峰 - 峰变化包括纹波和噪声。

6. 环路特性

负载响应特性显示，电流阶跃从最大额定负载的 - 50%到50%时，输出电压的总峰 - 峰变化包含纹波和噪声。

7. 输出电压纹波和输入电压纹波

在额定全负载下，分别测量了TPS54673和TPS54873的输出电压纹波和输入电压纹波。

8. 启动

启动电压波形展示了不同预充电条件下的启动过程。无预充电时，当(V_{1})达到2.95V的欠压锁定（UVLO）阈值时，慢启动电容器开始充电，内部参考电压逐渐上升，直到达到最大占空比后开始开关操作，输出电压逐渐上升到最终设定值。有预充电时，内部参考电压必须高于预充电输出反馈到VSENSE引脚的电压才能开始开关操作。

五、电路板布局

TPS54x73EVM - 225的电路板布局采用了典型的用户应用方式。顶层包含(V{1})、(V{O})和(V_{(phase)})的主要电源走线，以及TPS54x73其余引脚的连接和大面积的接地。两个内部层是相同的接地平面。底层包含用于可选替代输出滤波器的焊盘，包括三个D3或D4尺寸的电解电容器和一个0.5英寸×0.5英寸的电感器的空间。顶层和底层的接地走线通过多个过孔连接到内部接地平面，为PowerPAD提供热路径。输入去耦电容器、偏置去耦电容器和自举电容器都尽可能靠近IC放置，补偿组件也靠近IC，补偿电路连接到调节点的输出电压。

六、原理图和物料清单

模块的原理图展示了其电路结构，物料清单详细列出了各个组件的信息，包括电容器、电阻器、电感器、二极管、连接器等的数量、型号和规格。

综上所述，TPS54x73EVM - 225评估模块为电子工程师提供了一个灵活且高性能的电源管理解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理调整模块的参数和配置，以充分发挥其优势。你在使用类似模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。