探索 TPS60100 和 TPS60110 DC/DC 转换器评估模块

一、引言

在电子设计领域，电源管理是至关重要的一环。Texas Instruments 的 TPS60100 和 TPS60110 电荷泵（也称为开关电容 DC/DC 转换器）作为调节电压倍增器，在电源转换方面有着出色的表现。为了帮助设计师更好地评估这两款设备，TI 推出了相应的评估模块（EVM）。今天，我们就来详细了解一下这两款评估模块。

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二、TPS60100 和 TPS60110 电荷泵概述

2.1 基本参数

TPS60100 在输入信号为 1.8 V 至 3.6 V 时，输出电压为 3.3 V；TPS60110 在输入电压为 2.7 V 至 5.4 V 时，输出电压为 5 V。这两款设备均由两个单端电荷泵组成，它们可以同相（以减少外部组件数量）或反相（以降低输出噪声）运行。

2.2 外部组件

单端模式下（两个电荷泵同相运行），外部组件最少需要三个；推挽模式下（两个电荷泵相位相差 180°），则需要四个。而评估模块为了实现优化性能，采用了六个外部组件。

2.3 电容选择

在电容选择上，为了达到最佳性能，飞跨电容必须使用陶瓷电容，因为它们需要快速充电和放电，而陶瓷电容的等效串联电阻（ESR）较低，能够满足这一要求。对于输入和输出端的高电容部分，评估模块使用了钽电容，但为了减少一个电荷泵从传输阶段（输出电容充电）转换到另一个电荷泵时的尖峰，在输入和输出端，陶瓷电容与钽电容并联使用。这是因为钽电容的 ESR 过高，无法像陶瓷电容那样快速滤波。

三、评估模块（EVM）的原理图

3.1 原理图特点

TPS60100 和 TPS60110 的 EVM 原理图基本相同，主要区别在于集成电路本身、外部组件的值（见表 1 - 1）以及 3V8 连接器的使用。在 TPS60100 的 EVM 上，3V8 连接器可用于将输出电压调整到 3.8 V，而 TPS60110 未实现此模式。若不打算同步 TPS60110，需用跳线将该引脚连接到 GND；当 TPS60100 或 TPS60110 同步时，3V8 连接器的第二个引脚用于施加外部时钟信号。

3.2 组件信息

组件	TPS60100	TPS60110	描述
C1, C2	2.2 µF, 16 V	2.2 µF, 16 V	陶瓷飞跨电容
C3	10 µF, 16 V	15 µF, 16 V	钽输入电容
C4	22 µF, 20 V	33 µF, 16 V	钽输出电容
C5, C6	1 µF, 16 V	1 µF, 16 V	输入和输出端的陶瓷辅助电容

电容 (C{5}) 和 (C{6}) 用于减少尖峰。如果在应用中尖峰不是关键问题，可以移除这两个电容。

3.3 连接器

电路板上有两个六针连接器用于电压的输入和输出，每个连接器的前三个引脚用于电源（IN 或 OUT），后三个引脚用于接地（GND）信号。还有五个三针连接器可用于连接设备的五个逻辑引脚，这些引脚用于调整设备的模式。每个连接器的第一个引脚为电源（In）信号，第二个引脚为逻辑输入，第三个引脚为接地（GND）信号。可以使用跳线将引脚连接到输入（电源电压）或接地，也可以使用外部信号源将其他信号连接到第二个引脚。这五个引脚是逻辑电平 CMOS 输入，其电平规格可参考数据手册。连接到逻辑引脚的信号值可以高于电源电压，但不要超过最大额定值。

四、评估模块（EVM）的布局

4.1 布局特点

组件仅放置在电路板的顶层，底层信号为接地信号（GND）。为了实现良好的性能，整个底层是一个 GND 平面，仅被一些过孔打断。

4.2 空间信息

评估模块上集成电路和电容所需的空间约为 (15 ~mm × 16 ~mm = 240 ~mm^{2})。这些电容并非为节省空间而优化，而是为了性能。如果需要优化电路板空间，可以使用更小的电容。此外，由于评估模块上的焊盘比给定电容所需的尺寸大，还可以焊接其他电容。

五、评估模块（EVM）的设置

为了使评估模块正常运行，需要遵循以下几个步骤：

1. 检查逻辑信号连接：确保所有五个逻辑信号都正确连接，可以使用跳线或外部信号源。
2. 连接负载：在输出端（GND 和 Out 之间）连接负载。TPS60100 的负载范围为 16.5 Ω 至 ∞Ω 或 0 mA 至 200 mA；TPS60110 的负载范围为 16.7 Ω 至 ∞Ω 或 0 mA 至 300 mA。
3. 连接信号源：在输入端（In）和接地（GND）之间连接具有适当电压的信号源（或电池组）。TPS60100 的输入电压范围为 1.8 V 至 3.6 V；TPS60110 的输入电压范围为 2.7 V 至 5.4 V。

六、总结

TI 的 TPS60100 和 TPS60110 评估模块为设计师提供了一个便捷的平台，用于评估这两款电荷泵的不同模式和性能。通过合理选择电容、正确设置逻辑引脚和连接负载、信号源，设计师可以深入了解这两款设备的特性，为实际应用中的电源设计提供有力支持。大家在使用过程中有没有遇到过什么问题呢？不妨在评论区分享一下。