德州仪器TPS62110EVM - 346评估模块深度解析

在电子设计领域，评估模块对于工程师们来说是了解和验证芯片性能的重要工具。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS62110EVM - 346评估模块，看看它在WLED驱动和电压调节方面的表现。

文件下载：TPS62110EVM-346.pdf

一、模块概述

TPS62110EVM - 346评估模块主要用于展示TPS62110同步降压转换器的功能。该转换器具有1MHz的高开关工作频率，这使得外部组件可以做得很小，典型电感大小为6.8µH，整体解决方案面积仅为20mm × 15mm。其功率开关电流限制为2.4A，能在5V至17V的宽输入电压范围内提供典型1.5A的输出电流。

这个评估模块包含两个独立的电路：一个将设备作为典型的电压调节器进行演示，另一个则作为电流调节器驱动白色LED（WLED）。接下来，我们将详细介绍它的各项特性和使用方法。

二、性能规格

2.1 整体性能指标

在环境温度为25°C的条件下，该评估模块的性能规格如下：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
U1输入电压	-	5	-	17	V
U1 WLED电流	-	450	500	550	mA
U1低电池输出（LBO）	-	-	-	8.5	V
U2输入电压	-	5	-	17	V
U2输出电压（Iout = 10 mA至1500 mA）	-	3.267	3.3	3.333	V
U2输出电流	-	0	-	1500	mA
U2 LBO VIN	-	-	-	8.5	V
U2 Power Good（PG）VOUT	-	-	-	3.25	V

2.2 WLED U1部分

U1电路被配置为WLED驱动器，能在5V至17V的输入电压范围内将通过OSRAM Golden DRAGON WLED的电流调节到500mA。为了减少电流检测电阻上的功耗，使用了外部电压参考，将检测电压(V{sense})从1.153mV降低到255mV。不过，这种求和网络与控制拓扑的结合会降低电流调节器的精度。当(V{sense})电压为255mV时，EVM的电流调节点变化约为10%；随着(V_{sense})电压的增加，精度会提高，例如500mV时约为5%，1V时约为2%。

此外，TPS62110可以通过调整检测电阻R10或参考电压网络R1和R2来提供100mA至1500mA的宽电流范围。同时，U1电路还可以通过连接器J2驱动外部LED，但需要移除0 - Ω电阻R22以断开板载LED D4。如果要驱动多个外部串联LED，需要确保输出电压Vout小于Vin降压或降压转换器配置，并且要验证输出电容器C4和C5的电压额定值是否足够。

2.3 3.3 - V调节器U2部分

U2电路被配置为可调输出版本，通过R18和R4将输出电压设置为3.3V。可以通过更改这两个电阻将输出电压重置为1.2V至16V之间的值，具体推荐值可参考TPS62110数据手册（SLVS585）。如果增加输出电压，需要确保输出电容器C7和C6的电压额定值合适。此外，还提供了两个额外的输出电容器位置C14和C15。

U2也可以用固定输出版本的TPS62111或TPS62112替换。在这种配置下，需要用0 - Ω电阻替换R18，并移除R4和C3。

三、模块设置

3.1 输入/输出连接器说明

• U1 - WLED部分：
  • J1：用于连接LED VIN和LED WLED输入电压源，正极连接底部三个Vin GND引脚，负极连接上部三个GND引脚。
  • J2：用于连接LED VOUT和WLED输出电压。
  • JP1：SYNC PFM/PWM引脚，高电平强制进入低噪声PWM模式，低电平启用节能PFM/PWM模式，也可用于同步输入。
  • JP2：EN WLED启用引脚，低电平关闭，高电平开启，开路也表示开启。
  • J5：LBO/PG引脚，低电池输出（LBO），低电平表示LBI低于其阈值；电源良好（PG），低电平表示输出电压低于正常值的98.4%。
• U2 - 3.3 - V调节器部分：
  • J3：用于连接3.3 - V调节器的输入电压源，正极连接底部三个Vin引脚，负极连接上部三个GND引脚。
  • J4：用于连接3.3 - V调节器的输出电压，正极连接底部三个VOUT引脚，负极连接上部三个GND引脚。
  • JP4：SYNC PFM/PWM引脚，功能与U1部分的JP1类似。
  • JP3：EN引脚，用于启用3.3 - V调节器，低电平关闭，高电平开启，开路也表示开启。
  • J8：LBO/PG引脚，功能与U1部分的J5类似。

3.2 配置选择

评估模块的两个部分都设计为在5V至17V的输入电压下工作。需要将电源连接到相应部分的输入端子，并根据需要将EN跳线安装在ON或OFF位置（WLED部分使用JP2，电压调节器部分使用JP3）。由于WLED非常亮，使用时需要采取适当的防护措施。模块可以在SYNC跳线的PWM或PWM/PFM位置工作，这会影响效率，具体信息可参考数据手册。

四、设计步骤 - 分压网络

TPS62110的反馈电压（FB）设置为1.153V。如果用于电流调节，检测电阻的功耗会很高。为了降低电流检测电阻(R{10})上的功耗，将2.5V的参考电压求和，使(V{sense})电压从1.153V降低到0.255V。

设计步骤如下：

1. 选择LED工作电流和(V{sense})电压，以确定(R{10})的值。这里存在一个权衡：随着(V{sense})的增加，电流调节精度提高，但最大值为1.153V；随着(V{sense})的降低，功耗降低，但由于(Vref)、电阻(R{1})和(R{2})引起的误差会增加。
2. EVM的(I{LED})设置为500mA，(V{sense})电压为0.225V。根据公式(V{sense}=I{LED} × R{10})，可得(R{10}=0.255V ÷ 500mA = 510mΩ)。
3. 计算(V{R1}=V{FB}-V{sense}=1.153V - 0.255V = 0.898V)，(V{R2}=V{REF}-V{FB}=2.5V - 1.153V = 1.347V)。
4. 选择分压电流为1mA，则(R{1}=V{R1} ÷ 1mA = 898Ω)，标准值取887Ω；(R{2}=V{R2} ÷ 1mA = 1347Ω)，标准值取1330Ω。

通过改变(R{10})的值可以增加或减少输出电流。例如，要获得1A的输出电流，可将(R{10})减小到250mΩ；要获得250mA的输出电流，可将(R_{10})增加到1Ω。

五、测试结果

测试结果通过图1、图2和图3展示：

• 图1显示了Iout为500mA时WLED部分的效率。
• 图2显示了Iout为1A时电压调节器部分的效率与Vin的关系。
• 图3显示了Vin为6V和12V时电压调节器部分的效率与Iout的关系。

从这些测试结果中，我们可以直观地了解到评估模块在不同工作条件下的效率表现，这对于工程师在实际应用中选择合适的工作参数具有重要的参考价值。

六、印刷电路板布局

该部分提供了TPS62110EVM - 346印刷电路板（PCB）的布局和图示，包括组装层、顶层布线和底层布线。在进行PCB设计时，需要注意LED亮度较高，建议佩戴防护眼镜。

七、原理图和物料清单

7.1 原理图

提供了WLED部分和电压调节器部分的原理图，通过这些原理图，工程师可以清晰地了解电路的连接和工作原理。

7.2 物料清单

详细列出了评估模块所使用的各种组件，包括电容器、电阻器、电感器、集成电路等，以及它们的数量、参考设计值、描述、尺寸、部件编号和制造商等信息。这对于工程师进行物料采购和电路调试非常有帮助。

八、相关文档和注意事项

8.1 相关文档

德州仪器提供了TPS62110的相关数据手册（SLVS585），工程师可以从中获取更详细的产品信息和技术参数。

8.2 注意事项

• 该评估模块仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适用于一般消费者使用的成品。
• 操作时需要确保在3.6V至17V的输入电压范围和3V至16V的输出电压范围内工作，超出指定范围可能会导致意外操作和/或对EVM造成不可逆损坏。
• 正常运行时，一些电路组件的外壳温度可能会超过50°C，操作时需要注意避免触摸这些高温组件。
• 该评估模块未经过FCC规则第15部分的测试，在其他环境中操作可能会对无线电通信造成干扰，用户需要自行采取措施纠正干扰。

总之，TPS62110EVM - 346评估模块为工程师提供了一个很好的平台，用于评估TPS62110在WLED驱动和电压调节方面的性能。通过深入了解其性能规格、设置方法、设计步骤和测试结果，工程师可以更好地将其应用到实际项目中。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。