TPS65020EVM - 110评估模块使用指南

在电子设计领域，电源管理模块是各类电子设备稳定运行的关键。今天我们来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS65020EVM - 110评估模块，它为我们评估和测试TPS65020的各种工作模式提供了便利。

文件下载：TPS65020EVM-110.pdf

一、模块概述

TPS65020EVM - 110是一款集成电源管理IC，适用于由单节锂离子或锂聚合物电池供电且需要多个电源轨的应用。TPS65020包含三个高效的开关降压转换器、两个LDO以及额外的状态和I/O引脚，通过 (I^{2}C^{TM}) 接口进行控制。

二、运行要求

要使该评估模块正常运行，需要连接并正确配置以下组件：

1. 个人计算机（PC）：需配备USB端口的计算机，运行在PC上的TPS65020接口软件通过PC的USB端口与评估模块通信。用户可以通过USB端口向评估模块发送命令，并读取TPS65020内部寄存器的内容。
2. 印刷电路板组件（PCB）：TPS65020EVM - 110的PCB包含TPS65020 IC及其所需的外部组件。板上有多个跳线和连接器，用户可根据特定的操作条件对电路板进行定制。
3. USB转 (I^{2}C) 接口板（EV2300）：EV2300是PC与评估模块之间的通信桥梁。一端通过提供的USB电缆连接到PC，另一端通过提供的Molex电缆连接到评估模块。当用户向评估模块写入命令时，PC上运行的接口程序将命令发送到PC的USB端口，EV2300接收USB命令并将信号转换为 (I^{2}C) 协议，然后将 (I^{2}C) 信号发送到TPS65020板。当用户读取评估模块的状态寄存器时，PC发送读取寄存器的命令，评估模块通过 (I^{2}C) 接口报告寄存器状态，EV2300接收 (I^{2}C) 接口上的信息，将其转换为USB协议并发送到PC。
4. 软件：德州仪器提供了用于评估该评估模块的软件。安装时，将附带的CD插入计算机，软件应自动启动。若未自动启动，可通过 - ，输入“D:SLVU138.exe”并点击（假设D:为CD驱动器）。若安装过程中出现问题，可查看CD上的readme.txt文件获取更多信息，同时可在TI网站的TPS65020产品文件夹中获取软件的最新版本。

三、设置步骤

输入/输出连接器说明

输入/输出	描述
J1 – VIN	来自外部电源的输入电压，建议最大5.5 V，输入电流取决于负载，通常低于2 A。
J2 – GND	VIN的返回连接。
J3 – VINLDO/GND	LDO1和LDO2C的输入电压和返回。电阻R23将此引脚连接到VDCDC1。若使用外部电源，需移除R23，建议最大输入电压为5.5 V。
J4 – VSYSIN/GND	VSYSIN的输入电压和返回，是RTC的输入电压之一。电阻R24将此输入连接到VDCDC1。若使用外部电源，需移除R24，建议最大输入电压为4 V。
J5 – VBACKUP/GND	VBACKUP的输入电压和返回，是RTC的输入电压之一。板上无电压输入连接，建议最大输入电压为4 V。
J6 – GPIO1/GPIO2	直接连接到GPIO1和GPIO2引脚。对于此评估模块，GPIO1配置为按钮输入，GPIO2配置为LED输出。
J7 – VRTC/GND	RTC电路的输出电压。
J8 – 故障输出	INT - 当输入或输出电压出现故障时触发，作为总故障信号。安全时上拉至VIN，故障时为低电平。此连接器有四个故障输出：PWRFAIL - 输入电压低于3 V时触发，安全时上拉至VRTC，故障时为低电平；RESPWRON - 由SW2控制的低复位信号，300 mS，正常时上拉至VIN；LOWBAT - 输入电压低于3.6 V时触发，安全时上拉至VIN，故障时为低电平。
J9 – USB	此接头复制J20接口连接器的信号。
J10 – VDCDC1	DCDC1开关稳压器的输出，最大输出电流为1.2 A，默认电压设置为3.3 V。
J11 – GND	VDCDC1的返回。
J12 – VDCDC2	DCDC2开关稳压器的输出，最大输出电流为1 A，默认电压设置为2.5 V。
J13 – GND	VDCDC2的返回。
J14 – VLDO1	低压差稳压器VLDO1的输出，最大输出电流为50 mA，默认值为1.1 V。
J15 – GND	VLDO1的返回。
J16 – VLDO2	低压差稳压器VLDO2的输出，最大输出电流为50 mA，默认值为1.3 V。
J17 – GND	VLDO2的返回。
J18 – VDCDC3	开关稳压器DCDC3的输出，最大电流为800 mA，默认值为1.55 A。
J19 – GND	VDCDC3的返回。
J20 – USB	USB接口连接器。
JP1 – DEF 1	将DCDC1的电压设置为3 V或3.3 V。
JP2 – DEF 2	将DCDC2的电压设置为2.5 V或1.8 V。
JP3 – DEF 3	将DCDC3的电压设置为1.55 V或1.3 V。
JP4 – DCDC1 ON/OFF	调节器DCDC1的使能，默认设置为ON。
JP5 – DCDC2 ON/OFF	调节器DCDC2的使能，默认设置为ON。
JP6 – DCDC3 ON/OFF	调节器DCDC3的使能，默认设置为ON。
JP7 – LDO ON/OFF	LDO1和LDO2调节器的使能，默认设置为ON。
S1 – GPIO1	S1是常开瞬时按钮开关，按下时将VIN连接到GPIO1。GPIO1输入在TPS65020上配置为去抖按钮，驱动GPIO2输出的开关电路。
S2 – HOT_RST	S2是常开瞬时按钮开关，按下时将TPS65020的HOT_RST输入连接到GND，生成Hot_Reset脉冲。HOT_RST引脚外部上拉。

具体设置步骤

在操作评估模块之前，需遵循以下步骤：

1. 安装TPS65020EVM软件。
2. 将输入电压和负载连接到评估模块。
3. 将所有评估模块跳线配置为出厂设置：
   • JP4 — ON
   • JP1 — 3.3 V
   • JP3 — 1.55 V
   • JP2 — 2.5 V
   • JP5 — ON
   • JP6 — ON
   • JP7 — ON
4. 在评估模块和EV2300之间连接Molex电缆，注意Molex电缆必须连接到EV2300上的 (I^{2}C) 连接器。
5. 在计算机和评估模块之间连接USB电缆。
6. 打开所有电源和负载。
7. 运行TPS65020EVM软件。

四、电路板布局

电路板布局对于所有开关模式电源都至关重要。TPS65020EVM - 110的电路板布局图（图1 - 图5）展示了其设计特点。高开关频率和电流的节点较短，并与对噪声敏感的反馈电路隔离，同时对高频电流回路的布线也进行了精心设计。具体的布局指南可参考数据手册。

五、原理图和物料清单

原理图

该评估模块的原理图（图6）展示了其电路结构，为工程师进行电路分析和设计提供了重要依据。

物料清单（BOM）

数量	参考编号	值	描述	尺寸	部件编号	制造商
9	C1, C2, C4, C9, C10, C11, C14, C15, C16	10 µF	陶瓷电容器，10 µF，6.3 V，X5R，20%	0805	C2012X5R0J106K	TDK
4	C8, C12, C13, C18	2.2 µF	陶瓷电容器，2.2 µF，6.3 V，X5R，10%	0603	C1608X5R0J225K	TDK
4	C3, C6, C7, C17	1.0 µF	陶瓷电容器，1.0 µF，6.3 V，X5R，10%	0603	C1608X5R0J105K	TDK
1	C5	1500 pF	陶瓷电容器，1500 pF，50 V，X7R，10%	0603	C1608X7R1H152K	TDK
1	D1	红色	发光二极管，红色，鸥翼型，GW类型，20 ma，1.4 mcd典型值	0.087 x 0.120	LN1261CAL	松下
0	D2	开路	发光二极管，红色，鸥翼型，GW类型，20 ma，1.4 mcd典型值	0.087 x 0.120
17	J1 - J7, J10 - J19		2针，100密耳间距的接头（36针条）	0.100 x 2	PTC36SAAN	Sullins
1	J20		4针直角摩擦锁组件接头	0.400 x 0.500	22 - 05 - 3041	Molex
2	J8, J9		4针，100密耳间距的接头（36针条）	0.100 x 4	PTC36SAAN	Sullins
7	JP1 - JP7		3针，100密耳间距的接头（36针条）	0.100 x 3	PTC36SAAN	Sullins
0	JP8, JP9		2针，100密耳间距的接头（36针条）	0.100 x 2	PTC36SAAN	Sullins
2	L1, L2	2.2 µH	贴片电感器，1.72 - A，59 - 毫欧	0.157 x 0.157	VLCF4020T - 2R2N1R7	TDK
1	L3	2.2 µH	贴片电感器，1.5 - A，87 - 毫欧	0.137 X 0.147	VLF4012AT - 2R2M1R5	TDK
0	R1 - R7, R20, R21	开路	贴片电阻，xx - 欧姆，1/16 - W，1%	0603
1	R11	10	贴片电阻，10 - 欧姆，1/16 - W，1%	0603	Std	Std
1	R12	1.20M	贴片电阻，1.20M - 欧姆，1/16 - W，1%	0603	Std	Std
1	R13	499k	贴片电阻，499k - 欧姆，1/16 - W，1%	0603	Std	Std
2	R18, R19	4.75k	贴片电阻，4.75k - 欧姆，1/16 - W，1%	0603	Std	Std
3	R22, R23, R24	0	贴片电阻，0 - 欧姆，1/16 - W，1%	0603	Std	Std
1	R8	1.0k	贴片电阻，1.0k - 欧姆，1/16 - W，1%	0603	Std	Std
6	R9, R10, R14, R15, R16, R17	100k	贴片电阻，100k - 欧姆，1/16 - W，1%	0603	Std	Std
0	R25, R26, R27	100k	贴片电阻，100k - 欧姆，1/16 - W，1%	0603	Std	Std
2	SW1, SW2		单刀单掷，按钮式瞬时开关，密封可清洗	0.245 X 0.251	KT11P2JM	C & K
1	U1		用于锂离子供电系统的电源管理IC	0.242 x 0.242	TPS65020RHA	TI
1			用于锂离子供电系统的电源管理IC	0.242 x 0.242	TPS65021RHA	TI
1			PCB，3.65英寸 x 2.95英寸 x 0.062英寸		HPA110	Any
7	9			分流器，100 - 密耳，黑色	0.100	929950 - 00	3M

六、相关文档及注意事项

相关文档

可参考TPS65020，Power Management IC for Li - Ion Powered Systems data sheet（SLVS607）获取更多信息。

注意事项

1. FCC警告：该设备仅适用于实验室测试环境，会产生、使用并辐射射频能量，未经过FCC规则第15部分J子部分规定的计算设备限值测试。在其他环境中运行可能会对无线电通信造成干扰，用户需自行承担纠正干扰的费用。
2. 评估模块重要通知：该评估套件仅用于工程开发或评估目的，不适合商业用途。可能在设计、营销和制造相关的保护考虑方面不完整，包括最终产品中常见的产品安全措施。作为原型，该产品不在欧盟电磁兼容性指令范围内，可能不符合该指令的技术要求。若评估套件不符合用户指南中的规格，可在交付日期起30天内退还以获得全额退款。用户需承担正确安全处理货物的全部责任和义务，并赔偿TI因货物处理或使用产生的所有索赔。产品可能不符合法规要求或未获得相关认证（如FCC、UL、CE等），由于产品为开放式结构，用户需采取适当的静电放电防护措施。
3. 评估模块警告和限制：
   • 必须在0 V至4 V的输入电压范围内操作评估模块，超出指定输入范围可能导致意外操作和/或对评估模块造成不可逆转的损坏。若对输入范围有疑问，连接输入电源前请联系TI现场代表。
   • 施加超出指定输出范围的负载可能导致意外操作和/或对评估模块造成永久性损坏。连接任何负载到评估模块输出前，请参考用户指南。若对负载规格不确定，请联系TI现场代表。
   • 正常运行期间，某些电路组件的外壳温度可能超过100°C。只要保持输入和输出范围，评估模块设计为可在某些组件温度高于100°C的情况下正常运行。这些组件包括但不限于线性稳压器、开关晶体管、传输晶体管和电流感测电阻。可通过用户指南中的评估模块原理图识别这些设备。操作时在这些设备附近放置测量探头时，需注意这些设备可能会很烫。

总之