TPS54973EVM - 017评估模块：小尺寸大能量的电源解决方案

作为电子工程师，我们在设计电源模块时，常常追求高集成度、高效率以及小尺寸的解决方案。今天，就来和大家分享一下德州仪器（TI）的TPS54973EVM - 017评估模块，看看它是如何满足这些需求的。

文件下载：TPS54973EVM-017.pdf

一、模块概述

TPS54973EVM - 017评估模块采用了TPS54973同步降压调节器，具备启动时禁用灌电流（DSDS）功能。它能在标称3.3V输入下，提供0.9V至2.5V的输出电压，输入电压范围为3.0V至4.0V，输出电流范围为 - 9A至9A。该模块旨在展示使用TPS54973调节器设计时可实现的小PCB面积，其开关频率设定为标称700kHz，允许使用小尺寸的0.6µH输出电感器。

二、性能规格

1. 关键参数

在输入电压为3.3V、输出电压为1.8V（环境温度25°C）的条件下，该模块的性能表现出色。例如，线路调节率在(I{O}=4.5A)、(V{I}=3V)至4V时为±0.1%；负载调节率在(V{I}=3.3V)、(I{O}=0)至9A时为±0.3%。负载瞬态响应方面，当(I{O})从2.25A变化到6.75A时，电压变化为 - 50mVPK，恢复时间为160µs；当(I{O})从6.75A变化到2.25A时，电压变化为50mVPK，恢复时间同样为160µs。

2. 效率与纹波

效率方面，在(V{I}=3.3V)、(V{O}=1.8V)、(I_{O}=1.5A)时，最大效率可达92%。不过，效率会受环境温度和开关频率影响，较高的环境温度会因MOSFET漏源电阻的温度变化而降低效率，700kHz的开关频率由于MOSFET的栅极和开关损耗，效率略低于较低开关频率。输入纹波电压在80 - 200mVPP之间，输出纹波电压在6 - 10mVpp之间。

三、模块的可修改性

1. 输出电压调整

通过改变(R{2})的值，可将输出电压设置在0.9V至2.5V的范围内。对于特定输出电压，可使用相关公式计算(R{2})的值。例如，当输出电压为0.9V时，(R{2})为1000kΩ；输出电压为1.2V时，(R{2})为28.7kΩ等。

2. 开关频率调整

开关频率可通过改变(R_{4})的值在280kHz至700kHz之间进行调整。但需注意，降低开关频率会增加输出纹波，除非增加(L1)的值。

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位置可安装多达三个电解型表面贴装电容，替代陶瓷电容；L2位置可安装替代电感器。由于输出滤波器的变化会影响整体环路响应，用户可能需要调整补偿网络（R1、R3、R5、C6、C7和C8）的值。

4. 预充电考虑

TPS54973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。模块提供四个串联二极管（D1 - D4），允许用户从EVM输入电压或外部源对输出进行预充电。但要注意，输出电压预充电不能高于预设输出电压，否则可能导致器件无法启动或损坏。

5. 输入电容

可在C1位置添加板载电解输入电容。

四、测试设置与结果

1. 输入/输出连接

该模块有三个输入/输出连接器：VIN J2、VOUT J1和PRECHG_IN J4。连接时，需使用20AWG电线，尽量减少线长以降低损耗。测试点TP1方便连接示波器电压探头监测输出电压。使用外部电源作为VIN时，可能需要额外的大容量电容。

2. 效率测试

效率在负载电流约1A至2A时达到峰值，随后随着负载电流接近满载而降低。环境温度升高会降低效率。

3. 功率耗散

PWP封装的低结壳热阻和良好的电路板布局，使模块在输出额定满载电流时能保持安全的结温。在3.3V输入源和9A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表现良好，具体数据可参考相关测试图表。

5. 负载瞬态响应

模块对负载瞬态的响应迅速，能在短时间内恢复稳定。

6. 环路特性

环路响应特性在不同输入电压下有所不同，可通过相关图表查看增益和相位曲线。

7. 输出和输入电压纹波

输出电压纹波和输入电压纹波在合理范围内，满足设计要求。

8. 启动特性

启动波形展示了不同预充电条件下的启动过程，预充电电压需严格控制，确保不超过输出设定点。

五、电路板布局

1. 布局特点

电路板的顶层布局符合用户应用的典型方式，包含(V{I})、(V{O})和(Phase)的主电源走线，以及TPS54973其余引脚的连接和大面积接地。底层设计用于容纳可选的替代输出滤波电容，包含接地和(V_{O})铜区、一些信号走线和两个可选D3或D4尺寸电解电容的焊盘。

2. 元件位置

输入去耦电容（C9和C10）、偏置去耦电容（C4）和自举电容（C3）都尽可能靠近IC。补偿组件也靠近IC，补偿电路连接到调节点的输出电压，与高频旁路输出电容相邻。

六、原理图与物料清单

1. 原理图

模块的原理图清晰展示了电路结构，为工程师进行电路分析和优化提供了基础。

2. 物料清单

详细列出了模块所使用的元件，包括电容、电阻、电感、二极管、连接器等，方便工程师进行元件选型和采购。

总的来说，TPS54973EVM - 017评估模块以其小尺寸、高性能和可修改性，为电子工程师提供了一个优秀的电源设计解决方案。在实际应用中，我们可以根据具体需求对模块进行调整和优化，以满足不同的设计要求。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。