德州仪器TPSM84A21和TPSM84A22电源模块评估模块使用指南

一、模块概述

德州仪器的TPSM84A21和TPSM84A22是同步降压电源模块，能够提供高达10A的输出电流。它们将TPS54A20（一款10A的DC/DC同步串联电容降压转换器）与功率MOSFET、屏蔽电感、输入和输出电容以及无源元件集成到一个薄型封装中。两款设备的输入电压范围均为8V至14V，输出电压范围有所不同，TPSM84A21EVM - 808为0.55V至1.3V，TPSM84A22EVM - 809为1.2V至2.05V。评估模块（EVM）旨在展示这两款电源模块在设计时的易用性和小尺寸印刷电路板（PCB）面积的优势。

文件下载：TPSM84A21EVM-808.pdf

二、开始使用

接口连接

EVM的用户界面包含极化的VIN电源端子块（TB1）和VOUT电源端子块（TB2），分别用于连接主机输入电源和负载，这些端子块可接受最大16 - AWG的电线。

测试点使用

1. 电压监测：VIN监测和VOUT监测测试点靠近电源端子块，用于连接电压表测量VIN和VOUT，但不能作为输入电源或输出负载的连接点，因为连接这些测试点的PCB走线不适合承载大电流。
2. 波形监测：VIN示波器（J1）和VOUT示波器（J2）测试点用于使用示波器监测VIN和VOUT波形，使用时应配备带低电感接地引线（接地弹簧）的无罩示波器探头。
3. 功能测试：设备正下方的测试点用于测试设备的功能，外部连接应参考EVM底部的PGND测试点。
4. 输出电压选择：VOUT SELECT跳线（P1）用于选择所需的输出电压，在给EVM供电前，需确保跳线位置正确。

三、测试点说明

引脚	描述
VIN	输入电压监测点，连接数字电压表（DVM）测量效率
VOUT	输出电压监测点，连接DVM测量效率、线路调节和负载调节
PGND	输入和输出电压监测接地，将上述DVM参考到这四个模拟接地点之一
VIN Scope (J1)	输入电压示波器监测点，连接示波器测量输入纹波电压
VOUT Scope (J2)	输出电压示波器监测点，连接示波器测量输出纹波电压和瞬态响应
EN/UVLO	连接到控制地可禁用设备，浮空则启用设备，可连接外部电阻分压器调整欠压锁定
PGOOD	监测设备的电源良好信号，是开漏信号，如需监测需外接上拉电阻，推荐10 - 100kΩ
SYNC (J3)	连接到设备的RT/CLK引脚，可施加外部时钟信号使设备同步到合适频率
VG	栅极驱动器电源引脚，若提供外部5V电源，连接到此测试点

四、操作注意事项

输入电压

输入电压必须高于设备的欠压锁定（UVLO）阈值，EVM的UVLO阈值约为7.65V，具有200mV的滞后。可通过调整EVM上R8和R9的值来提高UVLO阈值，设备的最大工作输入电压为14V。TPSM84A22的最小输入电压为8V或（VOUT × 5.3），取较大值。

软启动时间

软启动时间是固定值，无法调整。施加适当的输入电压后，设备的输出电压将在约4.1ms内升至最终值。

电源良好指示

当输出电压在编程输出电压值的±5%范围内时，EVM的电源良好（PGOOD）指示灯将置高。PGOOD引脚和VG引脚之间连接了一个100kΩ的上拉电阻（R11），VG引脚电压典型值为4.8V。

电流限制

通过在ILIM和PGND之间放置一个47kΩ的电阻，可将设备的电流限制设置为典型值11.25A，EVM上有此电阻（R10）的焊盘。

开关频率

TPSM84A21和TPSM84A22的标称开关频率为4MHz，自由运行时范围为3.7MHz至4.3MHz。若需要精确的开关频率，两款设备可在3.6MHz至4.4MHz的频率范围内同步到外部时钟。

电容

两款设备内部均包含输入和输出电容，大多数应用无需额外的输出电容。EVM上有添加输入和输出电容的焊盘，添加额外电容可改善瞬态响应，实际所需电容值取决于具体应用的输入和输出电压条件以及所需的瞬态响应。

五、性能数据

通过图5 - 1至图5 - 6展示了TPSM84A22EVM的性能，包括不同条件下的效率、功率耗散、输出电压纹波和输出电流瞬态波形等。

六、原理图和PCB布局

原理图

图6 - 1展示了TPSM84A21 EVM的原理图，包含了各个元件的连接关系。

PCB布局

图8 - 1至图8 - 6展示了EVM的PCB布局，包括顶面元件布局、底面元件布局以及各层铜箔布局。

七、物料清单

表7 - 1列出了EVM的物料清单，包含了各个元件的数量、描述、型号、制造商和设计标识等信息。

八、修订历史

从2016年11月的版本到2022年2月的版本，主要更新了文档中表格、图形和交叉引用的编号格式，并更新了用户指南的标题。

电子工程师在使用TPSM84A21和TPSM84A22电源模块评估模块时，需仔细遵循上述指南，根据实际需求进行操作和测试，以充分发挥模块的性能。你在实际使用中是否遇到过类似模块的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。