德州仪器TPS1211-Q1智能高边驱动器评估模块技术解析

科技观察员 2025-08-29 586

描述

Texas Instruments TPS1211Q1EVM驱动器评估模块 (EVM) 支持TI的TPS12110-Q1控制器参考电路评估。Texas Instruments TPS12110-Q1是一款3.5V至40V智能高侧控制器，具有两级可调过流保护功能。还包括可调断路器定时器、快速短路保护、精确模拟电流监控器输出和远程过热保护特性。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPS1211Q1EVM驱动器评估模块 (EVM)数据手册.pdf

特性

工作电压范围：3.5V至40V
使用板载跳线提供5A至50A可调过流保护
可编程断路器定时器
模拟电流监控输出
LED状态指示，用于过流和过热故障

板布局

参考电路

德州仪器TPS1211-Q1智能高边驱动器评估模块技术解析

一、产品概述与核心特性

TPS1211-Q1是德州仪器(TI)推出的汽车级智能高边驱动器，其评估模块(EVM)为工程师提供了完整的参考设计平台。该EVM具有以下显著特性：

‌宽电压工作范围‌：支持3.5V至36V(典型)工作电压
‌强大驱动能力‌：4A栅极驱动强度，可并联驱动多个MOSFET
‌先进保护机制‌：
- 两级可调过流保护(5A至50A)
- 可编程断路器定时器
- 输入反极性保护
- 远程过温保护
‌诊断功能‌：
- 精确模拟电流监控输出
- LED状态指示(过流和过温故障)
- 自动重试和锁存选项可编程

二、评估模块硬件设计

2.1 关键电路模块

‌功率输入部分‌：
- 输入连接器T1/T4，支持3.5V-36V输入
- 集成33V TVS二极管(SMBJ33CA)用于输入保护
- 100nF/50V陶瓷电容和10μF/50V电解电容组成输入滤波网络
‌MOSFET驱动电路‌：
- 采用BUK7S0R5-40HJ N沟道MOSFET(40V/500A)
- 栅极驱动电阻2.21Ω(RC0603FR-072R21L)
- 集成自举二极管和100nF自举电容
‌电流检测‌：
- 使用500μΩ金属条电阻(WSL3921L5000FEA)
- 电流监控输出通过41.2kΩ和20kΩ电阻分压

2.2 保护电路设计

‌过流保护配置‌：
- 通过J3跳线选择保护阈值(5A/15A/50A)
- 使用475kΩ、158kΩ和47kΩ电阻网络设置比较器阈值
‌定时器设置‌：
- J1跳线选择1ms/10ms延迟或锁断模式
- 68nF和680nF电容决定时间常数
‌反极性保护‌：
- 采用Q3、D7(12V齐纳二极管)和10kΩ电阻组成保护电路

三、典型测试配置与方法

3.1 默认跳线设置

跳线	默认位置	功能
J1	1-2	设置1ms故障延迟
J2	1-2	电流监控比例0.09V/A
J3	3-4	5A过流保护阈值

3.2 关键测试项目

‌启动特性测试‌：
- EN/UVLO从低到高切换时观察BST、GATE和SRC波形
- 不同INP状态(GND/HIGH)下的启动曲线对比
‌开关响应测试‌：
- INP输入从低到高切换测量开启响应时间
- INP从高到低切换测量关断响应时间
‌保护功能验证‌：
- 输入反极性测试(12V反向连接)
- 过载测试(逐步增加负载至触发保护)
- 输出短路测试(直接短路VOUT到GND)

四、PCB布局与散热设计

4.1 板层结构

‌顶层‌：功率器件布局，包含MOSFET、电流检测电阻和输出端子
‌底层‌：控制电路和小信号元件
‌内层1‌：信号布线层
‌内层2‌：电源分布层

4.2 热管理要点

‌关键发热元件‌：
- 功率MOSFET(BUK7S0R5-40HJ)
- 电流检测电阻(WSL3921L5000FEA)
- 驱动芯片(TPS12110-Q1)
‌散热措施‌：
- 大面积铜箔用于功率地(PGND)
- 多个散热过孔连接至内层平面
- MOSFET采用LFPAK88封装优化散热

五、应用场景与设计建议

5.1 典型应用

汽车电路断路器和安全断开开关
电源分配盒(PDB)
车身控制模块
DC/DC转换器

5.2 设计注意事项

‌布局建议‌：
- 保持功率回路面积最小化
- 输入/输出端子使用粗短线连接
- 敏感模拟信号远离功率走线
‌元件选择‌：
- 输入电容至少1μF陶瓷+10μF电解组合
- 栅极驱动电阻根据开关速度要求调整
- 电流检测电阻功率等级需满足最大负载
‌调试技巧‌：
- 先以低压(如12V)和小负载验证功能
- 逐步增加负载观察热性能
- 使用示波器监控关键节点波形

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