深入解析TPS546C23EVM1 - 746评估模块：从设计到测试

在电子工程领域，电源管理模块的性能和稳定性至关重要。TPS546C23EVM1 - 746评估模块为我们提供了一个理想的测试平台，用于评估TPS546C23设备在单相位低输出电压应用中的表现。接下来，我们将详细探讨这个评估模块的各个方面。

文件下载：TPS546C23EVM1-746.pdf

模块概述

TPS546C23EVM1 - 746评估模块包含两个独立的降压转换器，使用标称12V总线产生两个稳定的0.9V输出，每个输出的负载电流最高可达35A。该模块旨在展示TPS546C23在典型单相位低输出电压应用中的性能，并提供了多个测试点，方便我们评估设备的性能。

典型应用

该模块适用于多种应用场景，包括高密度电源解决方案、无线基础设施、开关器、路由器网络、服务器、存储以及智能电源系统等。

模块特性

• 双输出设计：提供两个稳定的0.9V输出，直流稳态输出电流最高可达35A。
• PMBus接口可编程：通过PMBus接口，可对输出进行裕度调节和微调，还能对欠压锁定（UVLO）、软启动、使能、过流警告和故障限制、过压和欠压警告及故障限制等参数进行编程设置，同时可设置开启和关闭延迟。
• 方便的测试点：模块上设有方便的测试点，可用于探测关键波形。

电气性能规格

在室温25°C的条件下，该模块的电气性能规格如下：	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入特性
电压范围 (V_{IN})		5	12	18	V
最大输入电流	(V{IN}=12V)，(I{O1}=35A)，(I_{O2}=35A)			6.5	A
无负载输入电流	(V{IN}=12V)，(I{O1}=0A)，(I_{O2}=0A)			100	mA
输出特性
输出电压 (V_{OUT1})			0.9		V
输出电压 (V_{OUT2})			0.9		V
输出负载电流 (I_{OUT1})		0		35	A
输出负载电流 (I_{OUT2})		0		35	A
线路调节率	输入电压 = 5V至18V			1	%
输出电压调节率	负载调节：输出电流 = 0A至35A，两个输出			1	%
输出电压纹波 (V_{OUT1})	(V{IN}=12V)，(I{OUT1}=35A)			10	mVpp
输出电压纹波 (V_{OUT2})	(V{IN}=12V)，(I{OUT2}=35A)			10	mVpp
负载电流 (I_{OUT1})，默认设置				42	A
负载电流 (I_{OUT2})，默认设置				42	A
系统特性
开关频率	(V_{IN}=12V)		500		kHz
满载效率 (V_{OUT1})	(V{IN}=12V)，(I{O1}=35A)，(V_{OUT2}) 禁用		84		%
满载效率 (V_{OUT2})	(V{IN}=12V)，(I{O2}=35A)，(V_{OUT1}) 禁用		84		%
工作温度 (T_{oper})			25		°C
PMBUS接口和引脚绑定
U1 PMBUS地址	由R33和R35编程		27（十进制）
U2 PMBus地址	由R37和R36编程		36（十进制）
U1电压参考	(V_{OUT_COMMAND}) 默认设置		600		mV
U2电压参考	(V_{OUT_COMMAND}) 默认设置		600		mV
U1软启动时间 ((T_{ON_RISE}))	(T_{ON_RISE}) 默认设置		3		ms
U2软启动时间 ((T_{ON_RISE}))	(T_{ON_RISE}) 默认设置		3		ms

测试设置

测试和配置软件

要更改评估模块上的任何默认配置参数，需要获取TI Fusion Digital Power Designer软件。该软件是一个图形用户界面（GUI），用于配置和监控安装在评估模块上的德州仪器TPS546C23电源转换器。它通过PMBus协议，借助TI USB适配器在串行总线上与控制器进行通信。该适配器可在http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio购买。通过这个GUI，我们可以进行电源输出的开启或关闭、实时数据监控以及常见操作特性的配置等任务。软件可从http://www.ti.com/tool/fusion_digital_power_designer下载。

测试设备

• 电压源：输入电压源 (V{IN}) 应为0V至20V的可变直流电源，能够提供20A的直流电。将输入 (V{IN}) 和GND连接到J2和J3。
• 万用表：建议使用两个独立的万用表，一个测量 (V{IN}) ，另一个测量 (V{OUT1}) 或 (V_{OUT2}) 。如果两个输出同时启用，建议使用三个独立的万用表。
• 输出负载：建议使用可变电子负载，负载能力应达到40A。
• 示波器：用于测量输出噪声和纹波，建议使用Tip - and - Barrel方法进行输出纹波测量。
• 风扇：在高负载长时间运行时，可能需要使用小风扇对评估模块进行强制风冷，以将模块上设备的温度保持在105°C以下。
• USB - to - GPIO接口适配器：评估模块与主机计算机之间需要一个通信适配器，本评估模块设计使用德州仪器USB - to - GPIO适配器，可在http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio购买。
• 推荐线规：输入 (V_{IN}) 和GND到J2和J3（GND）（12V输入），推荐使用AWG #12的电线，电线总长度应小于4英尺（输入2英尺，返回2英尺）；输出1到J8和J10（GND）（0.9V输出）以及输出2到J7和J11（GND）（0.9V输出），最小推荐使用AWG #10的电线，电线总长度应小于4英尺（输出2英尺，返回2英尺）。

推荐测试设置

文档中提供了输出1和输出2的推荐测试设置图，按照这些设置进行测试可以确保准确评估模块的性能。

测试点、跳线和连接器列表

文档详细列出了测试点、跳线和连接器的功能，这对于我们进行测试和配置非常重要。例如，测试点可用于测量各种信号和电压，跳线可用于连接不同的设备和接口，连接器则用于输入和输出电源及信号。

EVM配置

评估模块出厂时已进行预配置，关键工厂配置参数包括PMBus地址、各种电压和电流限制、软启动时间等。如果需要将评估模块配置为非工厂设置，可以使用TI Fusion Digital Power Designer软件。在启动软件之前，需要给评估模块施加输入电压，为避免配置过程中转换器启动，建议施加小于4.5V的输入电压，推荐使用4V。配置步骤如下：

1. 将输入电源调整为提供4VDC，电流限制为1A。
2. 将输入电压施加到评估模块，参考测试设置图进行连接。
3. 启动Fusion GUI软件，可参考文档中的截图获取更多信息。
4. 根据需要配置评估模块的操作参数。

默认情况下，两个TPS546C23设备都配置为环路主设备，U1的PMBus地址为27（十进制），U2的PMBus地址为36（十进制）。两个设备可以同时启用并同时连接到PMBus接口。通过插拔不同的跳线，可以配置或监控不同的设备。

测试程序

线路和负载调节及效率测量程序

该程序用于评估模块的线路和负载调节能力以及效率。具体步骤如下：

1. 按照输出1的测试设置图设置评估模块。
2. 确保电子负载设置为0A直流。
3. 使用电压表将 (V_{IN}) 从0V增加到12V，并测量输入电压。
4. 使用另一个电压表测量输出电压 (V_{OUT1}) 。
5. 将负载从0A变化到35A直流， (V_{OUT1}) 应保持在规定的调节范围内。
6. 将 (V{IN}) 从5V变化到18V， (V{OUT1}) 应保持在规定的调节范围内。
7. 将负载减小到0A。
8. 将 (V_{IN}) 减小到0V。
9. 按照输出2的测试设置图设置评估模块。
10. 使用电压表将 (V_{IN}) 从0V增加到12V，并测量输入电压。
11. 使用电压表测量输出电压 (V_{OUT2}) 。
12. 将负载从0A变化到35A直流， (V_{OUT2}) 应保持在规定的调节范围内。
13. 将 (V{IN}) 从5V变化到18V， (V{OUT2}) 应保持在规定的调节范围内。
14. 将负载减小到0A。
15. 将 (V_{IN}) 减小到0V。

控制环路增益和相位测量程序

TPS546C23EVM1 - 746评估模块在 (V{OUT1}) 和 (V{OUT2}) 的反馈环路中包含一个49.9Ω的串联电阻，用于环路响应分析。在进行环路响应测量时，应使用TP14 / TP15（ (V{OUT1}) ）和TP16 / TP17（ (V{OUT2}) ）作为环路扰动的注入点。测量步骤如下：

1. 按照输出1的测试设置图设置评估模块。
2. 对于 (V_{OUT1}) ，将网络分析仪的隔离变压器从TP14连接到TP15。
3. 将输入信号测量探头连接到TP14，输出信号测量探头连接到TP15。
4. 将两个探头通道的接地引线连接到TP11。
5. 在网络分析仪上，测量TP15 / TP14（Out / In）的Bode图。
6. 按照输出2的测试设置图设置评估模块。
7. 对于 (V_{OUT2}) ，将网络分析仪的隔离变压器从TP17连接到TP16。
8. 将输入信号测量探头连接到TP17，输出信号测量探头连接到TP16。
9. 将两个探头通道的接地引线连接到TP12。
10. 在网络分析仪上，测量TP16 / TP17（Out / In）的Bode图。

效率测量

为了评估功率级（设备和电感器）的效率，需要在正确的位置测量电压，以排除与功率级本身无关的损耗，如铜迹线和输入输出连接器的电压降。测量 (V{OUT1}) 效率时，通过跳线JP8禁用 (V{OUT2}) ；测量 (V{OUT2}) 效率时，通过跳线JP7禁用 (V{OUT1}) 。输入电流可以在输入电线的任何点测量，输出电流可以在被测量输出的输出电线的任何位置测量。文档中列出了用于输入电压和输出电压测量的测试点，使用这些测试点可以排除连接器和PCB迹线的损耗。

性能数据和典型特性曲线

文档提供了一系列典型性能曲线，包括效率、负载调节、线路调节、瞬态响应、输出纹波、控制开启和关闭、预偏置控制开启、过流保护以及控制环路Bode图等。这些曲线直观地展示了评估模块在不同条件下的性能表现，帮助我们更好地了解模块的特性。

EVM装配图和PCB布局

文档中展示了TPS546C23EVM1 - 746评估模块印刷电路板的设计，包括3D顶视图、顶层装配图、底层装配图、顶层铜层、内部层和底层铜层等。这些图纸对于我们了解模块的物理结构和布局非常有帮助。

物料清单

文档列出了TPS546C23EVM1 - 746评估模块的物料清单，包括各种电容、电感、电阻、连接器、测试点等组件的数量、型号和制造商。这对于我们进行模块的组装和维护非常重要。

截图

文档提供了Fusion GUI的一系列截图，包括设备扫描模式选择、配置限制和开关、高级配置、SMBALERT # 屏蔽、设备信息、所有配置、监控屏幕和状态屏幕等。这些截图帮助我们直观地了解如何使用Fusion GUI软件进行模块的配置和监控。

通过对TPS546C23EVM1 - 746评估模块的详细分析，我们可以全面了解该模块的性能和特性，为电源管理设计提供有力的参考。在实际应用中，我们可以根据具体需求对模块进行配置和测试，以满足不同的设计要求。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呢？欢迎在评论区分享交流。