德州仪器TPS53647：PWR710-EVM评估模块深度解析

在电源管理领域，德州仪器（TI）的产品一直以高性能和可靠性著称。今天，我们就来深入探讨一下TI的TPS53647控制器以及基于它的PWR710-EVM评估模块。

文件下载：TPS53647EVM-710.pdf

一、PWR710-EVM评估模块概述

PWR710-EVM评估模块采用了TI的TPS53647控制器，这是一款具有PMBus接口的4相DCAP+™同步降压无驱动器控制器。该设备的工作电压范围在4.5V至17V之间，并且可以通过PMBus接口进行编程和监控。在功率级方面，PWR710-EVM使用了CSD95372B同步降压NexFET™智能功率级设备。

1.1 典型应用

PWR710-EVM适用于多种场景，包括通信设备中的ASIC电源、高密度电源解决方案、服务器电源以及智能电源系统等。这些应用场景对电源的稳定性和效率都有较高的要求，而PWR710-EVM正好能够满足这些需求。

1.2 模块特性

• 稳定输出：能够提供稳定的1.0V输出，直流稳态输出电流最高可达120A。
• 可调节性：通过PMBus接口，输出电压可以进行裕度调节和微调。
• 可编程性：可以对多个参数进行编程，如欠压锁定（UVLO）保护阈值、软启动斜率、设备启用和禁用、过流警告和故障限制、开关频率以及BOOT电压等。
• 测试便利性：提供了方便的测试点，便于探测关键波形。

二、电气性能规格

PWR710-EVM的电气性能规格涵盖了输入特性、输出特性和系统特性等多个方面，以下是一些关键参数：	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围（VIN）	-	8	12	14	V
最大输入电流（IIN(max)）	VIN = 8V，IOUT = 120A	-	17	-	A
无负载输入电流	VIN = 14V，IOUT = 0A	-	120	-	mA
输出电压（VOUT）	-	-	1.0	-	V
输出负载电流（IOUT）	-	0	-	120	A
输出电压线路调整率	8V ≤ VIN ≤ 14V	-	0.03%	-	-
输出电压负载调整率	0A ≤ IOUT ≤ 120A	-	0.03%	-	-
输出电压纹波（VRIPPLE）	VIN = 12V，IOUT = 120A	-	3.8	-	mVpp
输出过流保护（OCP）	-	-	150	-	A
开关频率（fSW）	VIN = 12V	-	500	-	kHz
峰值效率	VIN = 12V，IOUT = 74A	-	91%	-	-
满载效率	VIN = 12V，IOUT = 120A	-	90%	-	-
工作温度（TJ）	-	-	25	-	ºC

这些参数为工程师在设计和评估电源系统时提供了重要的参考依据。在实际应用中，我们应该如何根据这些参数来选择合适的电源模块呢？这是每个工程师都需要思考的问题。

三、测试设置

3.1 测试和配置软件

TI Fusion Digital Power Designer软件是用于更改EVM默认配置参数的工具。该软件通过PMBus协议，借助TI USB适配器与控制器进行通信。它具有以下特点：

• 电源控制：可以通过硬件控制线或PMBus操作命令开启或关闭电源输出。
• 实时监控：实时监控输入电压、输出电压、输出电流、温度、警告和故障等数据，并在图形用户界面（GUI）上显示。
• 参数配置：可以配置输出电压微调、裕度、输入电压UVLO、软启动斜率、开关频率以及警告和故障阈值等常见操作特性。

3.2 测试设备

• 电压源：需要两个直流输入电压源，VIN为0V至14V的可变直流源，能够提供20A的电流；5VIN为5V的直流源，能够提供1A的电流。
• 万用表：建议使用两个万用表，分别测量VIN和VOUT。
• 输出负载：使用电子负载，负载能力应达到120A。
• 示波器：用于测量输出噪声和纹波，通过同轴电缆测量输出陶瓷电容C76两端的输出纹波。
• 风扇：在高负载长时间运行时，可能需要使用小风扇对EVM进行强制风冷，以确保设备温度低于105°C。
• USB-to-GPIO接口适配器：EVM与主机计算机之间需要一个通信适配器，推荐使用德州仪器的USB-to-GPIO适配器。

• 推荐线规：根据不同的电压和连接要求，推荐使用不同规格的电线，具体如下表所示：	电压（V）	连接	推荐电线尺寸	最大总电线长度（英尺）
  12	VIN到J1	AWG #10	2
  5	5VIN到J14	AWG #18	2
  1	负载到J10和J11	4 × AWG #10	2

3.3 推荐测试设置

推荐的测试设置包括VIN和5VIN输入电压源、输出负载以及USB-to-GPIO适配器。通过合理的测试设置，可以准确地评估PWR710-EVM的性能。在实际测试中，我们应该如何确保测试设置的准确性和稳定性呢？这需要我们在操作过程中严格按照规范进行。

3.4 USB接口适配器和电缆

德州仪器的USB-to-GPIO适配器和电缆用于实现EVM与主机计算机之间的通信。正确连接适配器和电缆是确保测试顺利进行的关键。

3.5 测试点和连接器列表

文档列出了详细的测试点和连接器功能，方便工程师在测试过程中进行测量和连接。例如，TP1用于测量VIN+，TP26用于测量VOUT+等。了解这些测试点和连接器的功能，有助于我们更好地进行测试和调试。

四、EVM配置

4.1 工厂配置参数

EVM出厂时已经进行了预配置，一些关键的工厂配置参数如下：	命令名称	命令代码（十六进制）	编码（十六进制）	解码	注释
VIN UVLO	0xE0	0x01	7.25V	输入电压开启阈值
IOUT_OC_FAULT_LIMIT	0x46	0x0096	150.00A	过流故障级别
IOUT_OC_WARN_LIMIT	0x4A	0x0078	120.0A	过流警告级别
ON_OFF_CONFIG	0x02	0x17	仅控制引脚	控制引脚激活时进行功率转换
OT_FAULT_LIMIT	0x4F	0x007D	125°C	过热故障级别
OT_WARN_LIMIT	0x51	0x005F	95°C	过热警告级别
最大相数	0xE4	0x03	4相	相数
开关频率	0xDC	0x20	500kHz	开关频率
VBOOT	0xDB	0x97	1.000V	VBOOT电压

4.2 配置过程

如果需要更改工厂设置，可以使用TI Fusion Digital Power Designer软件进行重新配置。在启动软件之前，需要先向EVM施加5VIN输入电压，以确保控制器和GUI能够相互识别。具体配置步骤如下：

1. 调整输入电源5VIN，提供5V直流电压，电流限制为1A。
2. 将输入电源VIN施加到EVM上，参考测试设置图进行连接。
3. 启动Fusion GUI软件。
4. 根据需要配置EVM的操作参数。

五、测试过程

5.1 线路/负载调节和效率测量过程

1. 按照推荐测试设置图设置EVM。
2. 将电子负载设置为0A。
3. 将5VIN从0V增加到5V。
4. 将VIN从0V增加到12V。
5. 将开关S1置于ON位置。
6. 如果需要，开启外部风扇。
7. 将负载从0A变化到120A，确保VOUT保持在规定范围内。
8. 将VIN从8V变化到14V，确保VOUT保持在规定范围内。
9. 将负载减小到0A。
10. 将开关S1置于OFF位置。
11. 将VIN减小到0V。
12. 将5VIN减小到0V。
13. 如果使用了外部风扇，关闭风扇。

5.2 控制回路增益和相位测量过程

PWR710 EVM在反馈回路中包含一个0Ω的串联电阻R64，可以将其阻值更改为10Ω，用于回路响应分析。具体测量步骤如下：

1. 按照推荐测试设置图设置EVM。
2. 将网络分析仪隔离变压器从J8+连接到J7+。
3. 将输入信号测量探头连接到J8+。
4. 将输出信号测量探头连接到J7+。
5. 将两个探头通道的接地引线连接到J7–或J8–。
6. 在网络分析仪上测量J7+ / J8+的Bode图。
7. 在进行其他测量之前，将隔离变压器从Bode图测试点断开，并将电阻R64改回0Ω，以避免信号注入反馈回路影响其他测量的准确性。

5.3 效率测量

在测量EVM功率级的效率时，需要在正确的位置测量电压，以避免测量结果包含与功率级本身无关的损耗。输入电流可以在输入电线的任何位置测量，输出电流可以在输出电线的任何位置测量。通过合理选择测量点，可以得到不包含连接器和PCB走线损耗的效率测量结果。

5.4 设备开启和关闭

• 开启顺序：先开启输入电源5VIN，再开启输入电源VIN并将其增加到8V以上，将开关S1置于ON位置，根据需要调整负载电流，如有必要开启外部风扇。
• 关闭顺序：将负载电流减小到0A，将开关S1置于OFF位置，将输入电压减小到0V并关闭输入电源VIN，关闭输入电源5VIN，如有使用外部风扇则关闭风扇。

六、性能数据和典型特性曲线

文档提供了PWR710-EVM的典型性能曲线，包括输出效率与线路和负载的关系、负载调节曲线以及Bode图等。这些曲线直观地展示了EVM在不同条件下的性能表现，为工程师评估和优化电源系统提供了重要的参考。同时，还展示了EVM的各种波形，如瞬态响应、输出纹波、启用启动和关闭等波形，帮助工程师深入了解EVM的工作特性。

七、EVM组装图和PCB布局

文档中展示了PWR710 EVM印刷电路板的设计图，包括顶层和底层组装图、各层铜箔图等。了解EVM的组装图和PCB布局，有助于工程师进行硬件设计和调试，同时也可以更好地理解EVM的工作原理和性能特点。

八、材料清单

文档列出了EVM的详细材料清单，包括各种电容、电阻、电感、连接器、控制器、功率级设备等。这些材料的选择和使用直接影响到EVM的性能和可靠性。在实际设计中，我们应该如何根据材料清单选择合适的元器件呢？这需要我们综合考虑元器件的性能、成本和可用性等因素。

九、Fusion GUI

Fusion GUI是TI Fusion Digital Power Designer软件的图形用户界面，用于配置和监控EVM。通过GUI，用户可以方便地进行各种参数配置，如VBOOT、VIN UVLO、过流故障和警告限制、过热故障和警告限制、开关频率等。同时，GUI还提供了实时监控功能，用户可以查看输入电压、输出电压、输出电流、温度等参数的实时数据。此外，GUI还提供了撤销更改、写入硬件、存储配置到NVM等功能，方便用户对配置进行管理和保存。

综上所述，PWR710-EVM评估模块是一款功能强大、性能稳定的电源管理解决方案。通过深入了解其特性、电气性能规格、测试设置、配置过程和性能数据等方面，工程师可以更好地应用该模块，设计出满足需求的电源系统。在实际应用中，我们还需要不断探索和实践，充分发挥该模块的优势，为电子设备的稳定运行提供可靠的电源保障。你在使用类似的评估模块时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。