探索Altera Enpirion EP5358xUI DC/DC转换器模块评估板

引言

在电子设计领域，电源模块的性能和稳定性至关重要。Altera Enpirion的EP5358xUI DC/DC转换器模块评估板为工程师提供了一个便捷的测试平台。本文将详细介绍该评估板的特点、使用方法以及相关测试建议，帮助工程师更好地了解和使用这款产品。

文件下载：EVB-EP5358HUI.pdf

评估板概述

产品特性

EP5358xUI转换器属于新一代DC/DC转换器产品，是一个完整的片上电源系统（PowerSoC）。这些设备是包含磁性元件的完整模块，仅需陶瓷输入和输出电容器。评估板设计用于提供广泛的工程评估能力，基础配置包括一个0603输入电容器和一个0805输出电容器。此外，还提供了焊盘，可添加多达一个额外的输入电容器和一个额外的输出电容器，以评估各种输入/输出电容器组合的性能。

功能设计

• 电压编程：评估板提供焊盘以安装外部电阻分压器，用于对VID无法提供的输出电压值进行编程，焊盘标记为R1和R2。还提供了用于跨电阻R1放置可选前馈电容器（标记为C9）的焊盘。需要注意的是，外部电压分压器选项仅适用于EP5358LUI。
• 信号编程：提供跳线，便于对以下信号进行编程：启用信号（Enable）和VS0 - VS2输出电压选择引脚。
• 测试点：提供测试点以及用于输入和输出连接的夹线，方便进行电压和电流的测量。
• 保护功能：评估板配备输入去耦和输入反极性保护，以防止常见的设置失误对设备造成损坏。

快速启动指南

步骤1：设置跳线

在给评估板供电之前，将“ENABLE”跳线设置到禁用位置，并根据所需的输出设置设置VS0、VS1和VS2引脚。需要注意的是，信号引脚ENA、VS0、VS1和VS2必须连接到逻辑“高”（跳线向左）或逻辑“低”（跳线向右），不能悬空，否则引脚状态将不确定。

步骤2：连接电源

将电源连接到输入测试点TP8（VIN）和TP5（GND），如图1所示。同样的测试点也可用于测量输入电压。连接时要注意极性和电压大小，若(V_{IN })大于6V，评估板可能会损坏；若输入电压极性错误，二极管D1将导通，导致输入电流过大。

步骤3：设置输出电压

根据表1和表2确定输出电压选择引脚的设置，以获得所需的输出电压。需要注意的是，标准板配置中未安装外部电阻分压器，对于EP5358LUI选择“EXT”选项而不安装外部电阻R1和R2将导致不可预测的行为。

步骤4：连接负载

将负载连接到输出连接器TP7（VOUT）和TP6（GND），如图1所示。同样的测试点也用于测量直流输出电压。

步骤5：启动评估板

将ENABLE跳线移动到启用位置，为评估板上电。此时，EP5358xUI应开始正常工作。

输出电压选择

EP5358xUI采用3引脚输出电压选择方案，通过将VSx跳线设置为逻辑“1”或逻辑“0”来编程输出电压。表1和表2显示了(V_{OUT })选择的逻辑表。EP5358LUI有七个预设输出电压级别和一个外部可编程选项，而EP5358HQI有八个预设输出电压级别，无外部编程能力。

测试建议

测量准确性

为保证测量准确性，应在评估板上使用提供的测试点进行所有输入和输出电压测量，以消除线路和负载电缆上的电压降，特别是在测量效率时。使用串联电流表或精确的分流电阻测量输入和输出电流。

输出电压纹波测量

使用如图2所示的平衡阻抗探头尖端，并通过通孔测试点对TP2测量输出电压纹波，以避免噪声耦合到探头接地引线，并进行负载瞬态响应测量。

外部电压分压器的使用

对于EP5358LUI，评估板提供了预镀锡焊盘，可在板上放置0805尺寸的1%电阻，以实现外部电阻分压器，从而选择VID上七个预设电压之外的输出电压。输出电压由以下公式选择： [V{OUT }=0.6 Vleft(1+frac{R 1}{R 2}right)] 为保持控制环路稳定性，(R{1})必须选择为237kΩ，然后(R{2})可由以下公式计算： [R{2}=frac{142.2 × 10^{3}}{V{OUT }-0.6} Omega] 通过将跳线VS0 - VS2设置为逻辑“高”来选择外部电压分压器选项。需要注意的是，即使在外部反馈模式下，(V{SENSE })引脚也应连接到输出引脚，以访问位于(Vsense)和(VFB)焊盘之间的内部相位超前电容器，该电容器对于环路补偿和电源稳定性至关重要。

动态可调输出

EP5358xUI设计允许通过切换VID引脚在预定义的电压级别之间进行动态切换。电压间的转换速率经过优化，以防止输出电压级别转换时出现过度的下冲或过冲，转换速率在数据手册中定义。可以通过将VSx跳线中心引脚连接到逻辑驱动器来测试此功能，以在各种(V_{OUT })状态之间切换。需要注意的是，不允许在预定义输出和外部编程输出之间进行动态切换，否则可能导致过大的电流流动并损坏设备。

输入和输出电容器

输入滤波电容器

对于(I{LOAD } leq 500 mA)，(C{IN}=2.2 uF)；对于(I{LOAD }>500 mA)，(C{IN}=4.7 uF)。可接受0402电容器尺寸。输入电容器必须使用X5R或X7R或等效的电介质配方，Y5V或等效的电介质配方会随着频率、偏置和温度的变化而失去电容，不适合用于开关模式DC - DC转换器输入滤波应用。

输出滤波电容器

对于(VIN leq 4.3 V)，(C_{OUTMIN }=10 uF 0603 MLCC)；对于(VIN >4.3 V)，(C{OUTMIN }=10 uF 0805 MLCC)。使用2x10µF 0603 MLCC电容器（对于任何允许的VIN）可以改善纹波性能。设备输出引脚旁边的最大输出滤波电容为60µF低ESR MLCC电容。必须在EP5358xUI旁边的最后一个输出滤波电容器处感测VOUT。只要(V{OUT })感测点和大容量电容之间有足够的间距，就可以在负载处放置额外的大容量电容用于去耦和旁路。输出端的总电容（输出滤波 + 大容量）过大可能会在启动时导致过流情况，有关输出端的最大总电容，请参考软启动部分。输出电容器必须使用X5R或X7R或等效的电介质配方，Y5V或等效的电介质配方不适合用于开关模式DC - DC转换器输出滤波应用。

总结

Altera Enpirion的EP5358xUI DC/DC转换器模块评估板为工程师提供了一个功能强大、灵活的测试平台。通过合理使用评估板的各项功能和遵循测试建议，工程师可以全面评估EP5358xUI转换器的性能，为实际应用提供可靠的电源解决方案。你在使用这款评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。