TPS65258评估模块：高电流同步降压开关的深入解析

在电子设计领域，电源管理芯片（PMIC）的性能和稳定性至关重要。TPS65258作为一款高电流、同步降压三降压开关评估模块，还集成了两个USB开关，为电子工程师提供了强大而灵活的电源解决方案。本文将深入探讨TPS65258评估模块的各个方面，帮助工程师更好地理解和应用这款产品。

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1. 背景与评估模块局限性

1.1 TPS65258 PMIC特性

TPS65258 PMIC旨在提供3A、2A和2A的连续输出，工作电压范围为4.5至16V，外部设置的开关频率范围从300kHz到2.2MHz，并具备自动PFM/PWM操作功能。当PMIC未满载时，buck1可承受3.5A负载，buck2和buck3可承受2.5A负载。此外，该设备还配备了两个USB分配开关，增加了其应用的灵活性。

1.2 评估模块性能规格

评估模块的性能规格总结如下表所示：	评估模块测试条件	输出电流范围
TPS65258EVM Vin = 4.5 V to 15 V Fsw = 500 KHz (25°C ambient)	Buck1, 1.2 V, 3A Buck2, 1.8 V, 3A Buck3, 3.3 V, 3A

此评估模块旨在让用户能够访问TPS65258的各项功能。如果需要测试不同输入和输出电压、电流和频率下的性能，可以对该模块进行一些修改。如有相关需求，可联系TI现场应用团队获取建议。

2. 上电程序

2.1 启用或禁用转换器

通过连接跳线到JP3、JP11和JP20，或者将外部驱动信号连接到ENx接头，来定义哪些转换器需要启用或禁用。

2.2 PGOOD信号处理

如果需要PGOOD信号，连接JP27或将PGOOD引脚连接到上拉电源。

2.3 启用USB开关

可以使用跳线或向USBENx引脚提供外部驱动信号来启用USB开关。

2.4 USBx_nFAULT信号处理

如果需要USBx_nFAULT信号，连接JP26和J35跳线，或者将报警引脚连接到上拉电源。

2.5 连接负载

将负载连接到输出连接器。

2.6 施加直流电压

向接头J3施加直流电压，注意丝印上标记的极性。

2.7 检查输出

转换器将根据JP3、JP11和JP20的设置启动，检查输出是否正常。

2.8 为USB开关供电

向JP4和JP5施加直流电压，使用JP5和JP34启用开关，并检查输出。

3. 评估模块原理图

3.1 元件选择

电阻和电容的值是根据TPS65258规格书中的指南选择的，规格书可在http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/TPS65258.html获取。

3.2 增益 - 相位测量

在进行增益 - 相位测量时，需要将EVM上的R14、R17和R37（零欧姆）替换为适合网络分析仪设置的低阻值电阻。电阻两端提供了测试点连接，便于进行测量。

4. 评估模块布局

评估模块的布局包括顶层、中间层（第二层，实心铜接地）、中间（第三层）和底层。合理的布局设计有助于提高模块的性能和稳定性。

5. 测试设置条件

5.1 接头说明

接头编号	功能	位置	放置方式	注释
JP11	BUCK1 enable (EN1)	SW	立即启动：将跳线连接到V3V；顺序启动：不安装跳线；禁用转换器：将跳线连接到GND	根据测试要求安装
JP20	BUCK2 enable (EN2)	SW	立即启动：将跳线连接到V3V；顺序启动：不安装跳线；禁用转换器：将跳线连接到GND	根据测试要求安装
JP3	BUCK3 enable (EN3)	SW	立即启动：将跳线连接到V3V；顺序启动：不安装跳线；禁用转换器：将跳线连接到GND	根据测试要求安装
JP25	Forced PWM (F_PWM)	S	强制PWM操作：将跳线连接到V3V；自动PFM/PWM操作：将跳线连接到GND	不要让此接头悬空，使用跳线设置强制PWM模式或自动PFM/PWM模式
JP34	USB1 enable (USB1EN)	SW	自动启动：将跳线连接到V3V；禁用开关：将跳线连接到GND	根据测试要求安装
JP35	USB1_nFAULT	E	USB1故障指示器拉至3V3	根据测试要求安装
JP5	USB2 enable (USB2EN)	NE	自动启动：将跳线连接到V3V；禁用开关：将跳线连接到GND	根据测试要求安装
JP26	USB2_nFAULT	S	USB2故障指示器拉至3V3	根据测试要求安装
JP27	PGOOD	S	PGOOD指示器拉至3V3	根据测试要求安装

5.2 测试点和放置

降压转换器输出为白色，并带有标签，便于定位。每个测试点附近都有黑色接地测试点，可用于数字万用表测量或使用金属外露的示波器探头以减少共模噪声测量。以下是所有测试点的描述：	测试点	名称	信号	颜色	注释
TP1	GND	GND	白色
TP2	GND	GND	白色
TP3	GND	GND	白色
TP4	Vin	Vin	黑色
TP5	GND	GND	白色
TP6	GND	GND	白色
TP7	GND	GND	白色
TP14	Vout1	输出电压Buck1	未安装
TP14a		增益 - 相位测量注入点buck1	未安装	通常不使用
TP17	Vout1	输出电压Buck2	未安装
TP17a		增益 - 相位测量注入点buck2	未安装	通常不使用
TP37	Vout1	输出电压Buck3	未安装
TP37a		增益 - 相位测量注入点buck3	未安装	通常不使用
TP32	USB1_Vin	USB1开关输入	黑色
TP33	USB1_Vo	USB1开关输出	黑色
TP31	USB2_Vin	USB2开关输入	黑色
TP30	USB2_Vo	USB2开关输出	黑色

6. 物料清单

物料清单详细列出了评估模块所需的各种元件，包括电容、电阻、电感、接头、测试点和芯片等。具体清单如下：	数量	参考编号	值	描述	尺寸
1	C1	22 µF	陶瓷电容 22UF 25V X5R 1210	1812
12	C2, C3, C8a, C9, C11, C14a, C17b, C20, C22, C23, C37a, C40	4.7 nF	电容 4700PF 50V 陶瓷 X7R 0603	0603
3	C3a, C8, C23a	DNI		0603
3	C12, C19, C39	47 nF	电容 47000PF 25V 陶瓷 X7R 0603	0603
3	C13, C18, C38	10 µF	陶瓷电容 10UF 25V X5R 1206	1206
2	C14, C17	47 µF	陶瓷电容 22UF 25V X5R 1210	1210
1	C37	22 µF	陶瓷电容 22UF 25V X5R 1210	1210
5	C28, C30, C31, C32, C33	10 µF	陶瓷电容 10UF 10V X7R 0805	0805
1	C29	4.7 µF	陶瓷电容 4.7UF 10V X5R 0603	0603
2	C30a, C31a, C32a, C33a	100 µF	钽电容 100UF 10V 20% SMD	CAP_POL_1210
1	J1, ' J2, ' J3, ' J6	ED55/2DS	端子块 3.5MM 2POS PCB	TB_2X3.5MM
2	J4	ED55/3DS	端子块 3.5MM 2POS PCB	TB_3X3.5MM
6	JP3, JP5, JP11, JP20, JP25, JP34		接头 50POS .100 " SGL GOLD	JMP0.3
3	JP26, JP27, JP35		接头 50POS .100 " SGL GOLD	JMP0.2
3	L1, L2, L3	4.7 µH	磁芯电感	IND_RLF7030
2	R1, R21	120 K	电阻 120K 欧姆 1/10W 5% 0603 SMD	0603
1	R2	10 K	电阻 10K 欧姆 1/10W 5% 0603 SMD	0603
3	R3, R8, R23	20 K	电阻 20K 欧姆 1/10W 5% 0603 SMD	0603
1	R6	383 K	电阻 383K 欧姆 1/10W 1% 0603 SMD	0603
4	R10, R26, R27, R35	100 K	电阻 100K 欧姆 1/10W 5% 0603 SMD	0603
4	R14, R17, R20, R37	0	电阻 0.0 欧姆 1/10W 5% 0603 SMD	0603
3	R14a, R17a, R37a	40.2 K	电阻 40.2K 欧姆 1/10W 1% 0603 SMD	0603
1	R14b	80.6 K	电阻 80.6K 欧姆 1/10W 1% 0603 SMD	0603
1	R17b	32.4 K	电阻 32.4K 欧姆 1/10W 1% 0603 SMD	0603
1	R37b	12.7 k	电阻 12.7K 欧姆 1/10W 1% 0603 SMD	0603
6	TP1, TP2, TP3, TP5, TP6, TP7		玻璃珠测试点	TEST POINT 0.052 0
1	TP4		玻璃珠测试点	TEST POINT 0.052
1	TP14	STD	测试点, O.032 孔	TP-032
1	TP14a	STD	测试点, O.032 孔	TP-032
1	TP17	STD	测试点, O.032 孔	TP-032
1	TP17a	STD	测试点, O.032 孔	TP-032
4	TP30, TP31, TP32, TP33		玻璃珠测试点	TEST POINT 0.052
1	TP37	STD	测试点, O.032 孔	TP-032
1	TP37a	STD	测试点, O.032 孔	TP-032
1	U1		TPS65258	QFN-4

注：灰色背景的项目为参考设计中可选或不需要的项目。

7. 重要注意事项

7.1 评估板使用范围

此评估板仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适用于一般消费者使用的成品。处理该产品的人员必须具备电子技术培训，并遵循良好的工程实践标准。

7.2 安全注意事项

• 操作EVM时，必须在规定的输入电压范围（xx V至xx V）和输出电压范围（xx V至xx V）内进行。超出指定输入范围可能导致意外操作和/或对EVM造成不可逆损坏。如有关于输入范围的疑问，请在连接输入电源之前联系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EVM造成永久性损坏。在连接任何负载到EVM输出之前，请查阅EVM用户指南。如果对负载规格不确定，请联系TI现场代表。
• 在正常操作期间，一些电路组件的外壳温度可能高于55°C。只要保持输入和输出范围在正常环境工作温度内，EVM设计为在某些组件温度高于60°C时仍能正常工作。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。可以使用EVM用户指南中的原理图来识别这些设备。在操作过程中放置测量探头靠近这些设备时，请注意这些设备可能会很烫。

7.3 法规合规信息

该评估板可能受或不受联邦通信委员会（FCC）和加拿大工业部（IC）规则的约束。对于不受上述规则约束的评估板，它仅用于工程开发、演示或评估目的，不被视为适合一般消费者使用的成品。它会产生、使用并能辐射射频能量，且未经过测试以符合FCC或ICES - 003规则中计算设备的限制。如果设备的操作导致无线电通信干扰，用户需自行承担纠正干扰所需的费用。

7.4 日本用户注意事项

如果在日本使用此开发套件，根据日本电波法，用户需要采取以下措施之一：

• 在屏蔽室或根据2006年3月28日总务省发布的第173号通知定义的其他测试设施中使用该产品。
• 在获得日本电波法规定的测试无线电台许可证后使用该产品。
• 在获得日本电波法规定的技术法规合规认证后使用该产品。此外，除非将上述通知告知受让人，否则不得转让该产品。如果不遵守上述说明，可能会受到日本电波法的处罚。

总结

TPS65258评估模块为电子工程师提供了一个强大而灵活的电源解决方案。通过了解其背景、上电程序、原理图、布局、测试设置条件和物料清单等方面，工程师可以更好地利用该模块进行电源设计和测试。同时，务必遵守相关的安全注意事项和法规要求，以确保使用过程的安全和合规。在实际应用中，你是否遇到过类似电源管理模块的使用问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。