TPS53915 降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，降压转换器是常见且关键的元件，它能将高电压转换为低电压，为各种电子设备提供稳定的电源。德州仪器（Texas Instruments）的 TPS53915 降压转换器评估模块（TPS53915EVM - PWR587）就是这样一款优秀的产品，下面就为大家详细介绍这款评估模块。

文件下载：TPS53915EVM-587.pdf

一、概述

TPS53915EVM - PWR587 评估模块采用了 TPS53915 器件，这是一款具有 D - CAP3™ 模式的 12 - A 同步降压转换器，并且集成了 MOSFET。它能够在 12 - V 输入总线的情况下，提供高达 12 A 的 1.2 - V 固定输出。

二、产品特性与应用场景

1. 典型应用

该评估模块适用于多种场景，如服务器和存储设备、工作站和桌面电脑，以及电信基础设施等。在这些应用中，稳定的低电压电源至关重要，而 TPS53915EVM - PWR587 正好能满足这一需求。

2. 产品特性

• 输出能力：具备 12 - A 的直流稳态输出电流，能满足大多数设备的供电需求。
• 启动特性：支持启动时的预偏置输出电压，确保设备启动的稳定性。
• 跳线设置：
  • J2 跳线用于使能功能，方便控制模块的开启和关闭。
  • J5 跳线可用于自动跳过和强制连续导通模式（FCCM）的选择，满足不同的工作模式需求。
  • J7 跳线提供额外的 5 - V 输入，有助于进一步节省功耗。
• 测试便利性：提供了方便的测试点，可用于探测关键波形，便于工程师对模块性能进行评估。

三、电气性能规格

1. 输入特性

• 电压范围：输入电压范围为 5 - 18 V，最大输入电流在 VIN = 5 V、Io = 8 A 时为 2.5 A，在无负载且 VIN = 12 V 并开启自动跳过模式时，输入电流仅为 1 mA。

  2. 输出特性

• 输出电压：固定为 1.2 V，在不同的输入电压和负载条件下，具有良好的电压调节性能。
• 线路调节：在 VIN = 5 V - 14 V 且采用 FCCM 模式时，线路调节率为 0.2%。
• 负载调节：在 VIN = 12 V、IO = 0 A - 8 A 且采用 FCCM 模式时，负载调节率为 0.5%。
• 输出电压纹波：在 VIN = 12 V、IO = 8 A 且采用 FCCM 模式时，输出电压纹波为 10 mVpp。
• 输出负载电流：范围为 0 - 12 A，最大输出过电流为 15 A，软启动时间为 1 ms。

  3. 系统特性

• 开关频率：在 VIN = 12 V、输出为 1.2 V / 4 A 时，开关频率为 1000 kHz。
• 效率：在 VIN = 12 V、输出为 1.2 V / 8 A 时，峰值效率为 88.5%，满载效率为 86.9%。
• 工作温度：工作温度为 25 °C。

四、测试设置

1. 测试设备

• 示波器：用于测量输出纹波，需设置为 1 - MΩ 阻抗、20 - MHz 带宽、AC 耦合，水平分辨率为 1 - µs / 格，垂直分辨率为 20 - mV / 格。通过将示波器探头尖端置于 TP7，接地桶置于 TP9 来测量输出纹波电压。
• 电压源：输入电压源 VIN 需为 0 到 14 - V 的可变直流源，能够提供 10 A 的直流电流，连接到 J1 上。
• 万用表：V1 用于测量 TP1（VIN）和 TP4（GND）之间的输入电压，V2 用于测量 TP7（VOUT）和 TP9（GND）之间的输出电压。
• 输出负载：输出负载需为电子恒阻模式负载，能够在 1.2 V 下提供 0 到 15 A 的直流电流。

  2. 推荐测试设置

  在连接直流输入源 VIN 之前，建议将源电流限制在最大 10 A，并将 VIN 初始设置为 0 V。连接电压表 V1 测量输入电压，连接负载到 J3 并设置为恒阻模式，连接电压表 V2 测量输出电压。

五、配置选项

1. PMBus 地址选择

可以通过改变电阻分压器的比例来更改 PMBus 地址，不同的电阻值对应不同的 PMBus 地址，具体设置可参考文档中的表格。

2. 模式选择

通过 J5 跳线设置不同的工作模式，如 FCCM 模式和自动跳过模式，并且可以选择不同的 RC 时间常数。

3. VDD 引脚电源选择

通过 J7 跳线可以控制控制器的启用和禁用，VDD 引脚的输入电压范围为 4.5 V 到 25 V。

六、测试流程

1. 线路和负载调节及效率测量

• 设置评估模块，确保负载设置为恒阻模式且电流为 0 A。
• 配置所有跳线设置，在施加 VIN 之前短接 J2 上的跳线。
• 逐渐增加 VIN 到 12 V，使用 V1 测量输入电压，移除 J2 上的跳线以启用控制器。
• 使用 V2 测量输出电压，改变负载从 0 A 到 10 A，确保 VOUT 保持在负载调节范围内；改变 VIN 从 8 V 到 14 V，确保 VOUT 保持在线路调节范围内。
• 测试结束后，将跳线放置在 J2 上以禁用转换器，将负载减小到 0 A，将 VIN 减小到 0 V。

2. PMBUS 设置和验证

• 从 www.TI.com 下载图形用户界面（GUI）软件，安装最新版本的 Fusion Digital Power Designer。
• 将 USB 接口适配器连接到评估模块的 J4，并将 USB 线连接到计算机。
• 确保评估模块通电并连接到 USB 接口适配器后，打开 Fusion Designer GUI。
• 选择相应的设备扫描模式，验证 GUI 与评估模块之间的通信，可通过改变评估模块的频率来进行验证。

3. 控制回路增益和相位测量

• 设置评估模块，连接隔离变压器到测试点 TP5 和 TP8。
• 连接输入信号幅度测量探头（通道 A）到 TP10，输出信号幅度测量探头（通道 B）到 TP11，将通道 A 和通道 B 的接地引线连接到 TP15。
• 通过隔离变压器注入约 20 mV 或更小的信号，改变频率从 100 Hz 到 1 MHz 进行测量。
• 在进行其他测量之前，断开隔离变压器与波特图测试点的连接，以避免信号注入对其他测量的干扰。

4. 测试点列表

文档中列出了各个测试点的功能，如 TP1 用于测量转换器输入电源电压，TP7 用于测量输出电压等，工程师可以根据需要进行相应的测量。

5. 设备关机

测试结束后，先关闭负载，再关闭 VIN。

七、EVM 组装图和 PCB 布局

评估模块采用六层 2 - oz 铜电路板设计，文档中提供了顶层、底层以及各层铜层的组装图，方便工程师了解模块的结构和布局。

八、物料清单

文档详细列出了评估模块的物料清单，包括电容、电阻、电感、连接器等元件的规格、数量、制造商和型号等信息，为工程师进行设计和采购提供了参考。

通过以上介绍，相信大家对 TPS53915 降压转换器评估模块有了更深入的了解。在实际应用中，工程师可以根据具体需求进行配置和测试，充分发挥该模块的性能。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。