TPS65160EVM - 194评估模块：设计与应用全解析

引言

在电子设备的设计中，电源管理模块的性能至关重要。TPS65160EVM - 194评估模块专为满足电视显示器和TFT LCD面板的电源需求而设计，它能将8 - 14V的输入电压转换为四种典型的偏置电源电压。本文将深入探讨该评估模块的技术细节、设置方法、测试结果以及设计要点。

文件下载：TPS65160EVM-194.pdf

一、模块规格与性能

1.1 性能规格

TPS65160EVM - 194在25°C的环境温度下，各电压和电流规格如下：	Specification	Voltage Range (V)			Current Range (mA)
	Min	Typ	Max	Min	Typ	Max
V IN	11.4	12	12.6	5
V S	14.6	15	15.5			1500
V GL	–5.2	–5	–4.8		50	135 (1)
V LOGIC	3.15	3.3	3.32			1500
V GH	22.0	23 (2)	23.8		50	87.5 (3)

需要注意的是，VGx在特定输出电流下会有3%的压降，且电荷泵由VS驱动，增加其输出电流会降低VS的最大可用输出电流。

1.2 模块修改

• 电源定制：用户可通过更改数据手册（SLVS566）中列出的反馈电阻来改变各轨的稳压输出电压，但需注意不超过每个输出的最大电压规格。同时，可使用替代的电容、电感和二极管，但要遵循数据手册中的推荐值。例如，开关转换器应使用陶瓷输出电容，否则可能导致输出纹波增大或操作不稳定。
• 输入 - 输出隔离：非同步升压转换器存在从输入到输出的路径，为提供输入 - 输出隔离，该模块提供了一个栅极驱动（GD）引脚来控制外部PMOS FET开关和相关无源元件。不过，EVM上的MOSFET（Q1）和相关无源元件未安装，开关Q1由零欧姆电阻（R13）短路。
• 电荷泵短路保护：提供VGH的正电荷泵电路没有内部短路保护。若需要短路保护，可将零欧姆电阻R2替换为通过公式[R 2=left(V{S}-V{S C H O T T K Y}right) / I_{S C-V G H}]计算得出阻值的电阻，其中ISC - VGH为每个电荷泵所需的短路电流水平，且最大输出电流将限制在约ISC - VGH / 2。

二、设置与测试结果

2.1 连接与跳线

该评估模块有多个跳线，不同的跳线设置会影响模块的工作状态：

• J1 - VGH IN：用于连接正电荷泵的高端外部二极管，在EVM上，由于隔离MOSFET被短路，J1置于任何位置结果相同；若安装Q1，建议将J1置于VS位置。
• J2 - EN2：中间引脚连接升压转换器和正电荷泵的使能引脚，连接到VIN时，在降压转换器达到稳压且DLY2设置的延迟时间过后启动；连接到GND时，两者禁用。
• J3 - EN1：中间引脚连接降压转换器和负电荷泵的使能引脚，连接到VIN时，降压转换器启动，延迟DLY1设置的时间后负电荷泵启动；连接到GND时，两者禁用。
• J4 - FREQ：中间引脚连接IC的FREQ引脚，连接到VIN时开关频率为750 kHz，连接到GND时为500 kHz。
• J5 - VIN和GND：输入电源正端和接地端连接。
• J6 - VGL和GND：负电荷泵的输出电压和接地端连接。
• J7 - V_LOGIC和GND：降压转换器的输出电压和接地端连接。
• J8 - VGH Boost：连接到2X时，电荷泵作为电压倍增器工作；连接到3X时，若适当修改电阻分压器，可作为电压三倍器工作。
• J9 - VGH和GND：正电荷泵的输出和接地端连接。
• J10 - VS和GND：主升压转换器的输出和接地端连接。
• J11 - SUP：中间引脚连接SUP引脚，大多数应用中应连接到OS以获得正电荷泵的最高可能电压；当VS大于15 V时，应连接到VIN。

2.2 推荐测试设置

连接一个额定电流为5A、输出电压为12V ± 5%的电源到J5，不要超过15V。输出电压可通过电压表或示波器监测。在启用J2和J3的跳线之前，需确保J4、J8和J11处于默认位置。

2.3 测试结果

测试得到了升压转换器效率、降压转换器效率以及EN2 = VIN时的上电时序等结果，这些结果有助于评估模块的性能。

三、电路板布局

3.1 布局建议

PCB布局对电源供应设计至关重要，不良的布局可能导致转换器不稳定、负载调节问题、噪声和EMI问题。以下是TPS65160EVM - 194电源设计的布局建议：

• 分离AVIN和VINB的电源供应走线，并使用单独的旁路电容。
• 使用短而宽的走线连接OS引脚到升压转换器的输出。
• 为VGH和VGL的电荷泵驱动引脚（DRN、DRP）使用短走线。
• 将电荷泵的飞跨电容尽可能靠近DRP和DRN引脚放置。
• 将电荷泵的肖特基二极管尽可能靠近IC和连接到DRP、DRN的飞跨电容放置。
• 将负电荷泵的反馈网络远离驱动引脚走线（DRN），使用FREQ引脚和走线隔离DRN和FBN。
• 将电感式开关转换器的肖特基二极管尽可能靠近SW引脚放置，以减少开关尖峰。

3.2 电路板层

文档提供了TPS65160EVM - 194的顶部组装层、顶层和底层的布局图，有助于工程师了解电路板的实际结构。

四、原理图与物料清单

4.1 原理图

文档给出了TPS65160EVM - 194的原理图，这是深入了解模块电路结构的重要依据。

4.2 物料清单

物料清单详细列出了模块中使用的各种元件，包括电容、二极管、电感、电阻、IC等的参数和型号，为工程师进行元件选型和采购提供了参考。

五、重要注意事项

该评估模块仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适合一般消费者使用的成品。使用时需注意输入电压范围为8 - 14V，输出电压范围为 - 40 - 20V，超出范围可能导致意外操作或模块损坏。同时，正常运行时部分电路元件的外壳温度可能超过125°C，操作时需注意安全。

通过对TPS65160EVM - 194评估模块的详细分析，工程师可以更好地理解其工作原理和设计要点，从而在实际项目中合理应用该模块，提高电源管理的效率和稳定性。你在实际应用中是否遇到过类似模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享。