高功率密度、低剖面NexFET™电源模块CSD87384MEVM - 603评测

在电子设备的电源设计领域，高功率密度和低剖面的电源模块一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来详细探讨德州仪器（Texas Instruments）推出的CSD87384MEVM - 603评估模块，它在笔记本电源供应方面展现出了卓越的性能。

文件下载：CSD87384MEVM-603.pdf

一、模块概述

CSD87384MEVM - 603评估模块采用了CSD87384M与TI控制器TPS51219相结合的设计，能够在8 - 20V的输入电压范围内，提供高达30A的负载电流，并输出1.0V的稳定电压。该模块在典型的低电压应用中，以D - CAP2™模式运行，同时还提供了多个测试点，方便工程师评估CSD87384M的性能。

1. 典型应用

此模块适用于多种场景，包括笔记本电脑、I/O电源以及系统电源供应等。这些应用场景对电源的稳定性和功率密度都有较高的要求，而CSD87384MEVM - 603正好能够满足这些需求。

2. 模块特性

• 输出电压精度高：输出电压为1.0V，公差仅为2%，能够为负载提供稳定的电压。
• 大电流输出能力：可提供高达30A的直流稳态输出电流，满足高功率设备的需求。
• 高开关频率：开关频率达到300kHz，有助于提高电源的响应速度和效率。
• 高效节能：峰值效率超过90%，在不同负载下都能保持较高的效率，降低能源损耗。

二、电气性能规格

参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入特性
电压范围	VIN电压		12	20	V
5V电压	4.5	5	5.5	V
输出特性
输出电压，VOUT	VIN = 12V，IOUT = 10A		1		V
输出负载电流，IOUT			25	30	A
系统特性
开关频率	VIN = 12V，VOUT = 1.0V，IOUT = 25A		300		kHz
峰值效率	VIN = 12V，VOUT = 1.0V		90.2		%
满载效率	VIN = 12V，VOUT = 1.0V，IOUT = 30A		84.3		%
工作温度			25		°C

需要注意的是，输出电压可以通过改变图中R204和R207的值进行调整，具体细节可参考TPS51219的数据手册SLUSAG1。TPS51219设备支持0.5 - 2V的输出电压范围。

三、测试设置

1. 测试设备

• 电压源
  • VIN：需要一个0 - 20V的可变直流电源，能够提供10A的直流电流。将其连接到J202。
  • V5VIN：需要一个0 - 5V的可变直流电源，能够提供1A的直流电流。将其连接到J200。
• 万用表：用于测量不同测试点的电压和电流，包括VIN、5V、VOUT等。
• 输出负载：需要一个电子恒阻模式负载，能够在1.0V下提供0 - 40A的直流电流。
• 示波器：可使用数字或模拟示波器来测量开关节点波形，测量时需使用差分探头，并将示波器设置为50Ω阻抗、1GHz带宽、直流耦合、50ns/格的水平分辨率和5V/格的垂直分辨率。
• 风扇：由于模块中的部分组件在运行时温度可能接近60°C，建议使用一个风量为200 - 400LFM的小风扇，在负载电流高于25A时开启，以降低组件温度。
• 推荐线规
  • VIN到J202（8 - 20V输入）：推荐使用1根AWG 14号线，总长度小于4英尺（输入2英尺，返回2英尺）。
  • V5VIN到J200（5V输入）：推荐使用1根AWG 18号线，总长度小于4英尺（输入2英尺，返回2英尺）。
  • J203到负载：最小推荐使用2根AWG 14号线，总长度小于4英尺（输出2英尺，返回2英尺）。

2. 推荐测试设置

在ESD工作站上进行测试，确保连接好任何腕带、接地线或垫子，并在给EVM通电前参考用户接地。具体连接步骤如下：

• 输入连接
  • 连接DC电源VIN前，建议将VIN的源电流限制在最大10A，并确保VIN初始设置为0V后进行连接。
  • 连接DC电源V5VIN前，建议将5V的源电流限制在最大0.5A，并确保V5VIN初始设置为0V后进行连接。
  • 在TP203（Vins）和TP204（GNDS）连接电压表V1测量VIN电压，在TP200（5V）和TP201（GND）连接电压表V2测量5V电压。
  • 在DC电源VIN和J202之间连接电流表A1测量输入电流。
  • 在DC电源5V和J200之间连接电流表A2测量5V输入电流。
• 输出连接
  • 将负载连接到J203，并在施加VIN和5V之前将负载设置为恒阻模式，以吸收0A电流。
  • 在TP207（VOUTS）和TP208（GNDS）连接电压表V3测量输出电压。

四、测试程序

1. 线路和负载调节及效率测量程序

1. 确保负载设置为恒阻模式并吸收0A电流。
2. 在施加VIN和V5VIN之前，在EVM上的J201处放置跳线，将EVM设置为关闭位置。
3. 将VIN从0V增加到12V，使用V1测量输入电压。
4. 将V5VIN从0V增加到5V，使用V2测量输入电压。
5. 移除J201上的跳线以启用控制器。
6. 打开风扇。
7. 将负载从0 - 30A变化，VOUT应保持在负载调节范围内。
8. 将VIN从12V变化到19V，VOUT应保持在线路调节范围内。
9. 将负载减小到0A。
10. 放置跳线短路J201以禁用控制器。
11. 将V5VIN减小到0V。
12. 将VIN减小到0V。

2. 测试点列表

测试点	名称	描述
TP200	5V	5V电源
TP201	GND	5V电源的接地
TP202	PGOOD	电源良好信号
TP203	Vins	VIN电源
TP204	GND	VIN电源的接地
TP205	SW	开关节点
TP207	Vouts	VOUT感应
TP208	GNDS	接地感应
TP206	REFIN	REFIN（输出电压设置）
TP209	GSNS	差分感应（低）
TP210	VSNS	差分感应（高）

3. 设备关机

1. 关闭负载。
2. 在J201上放置跳线。
3. 关闭V5VIN和VIN。

五、性能数据和典型特性曲线

文档中给出了典型的性能曲线，包括CSD87384M与TPS51219的效率与输出电流关系曲线，以及不同输入电压和输出电流下的开关节点波形。这些曲线能够帮助工程师直观地了解模块在不同工况下的性能表现。

六、EVM组装图和PCB布局

CSD87384MEVM - 603采用六层、1盎司铜的印刷电路板设计。文档中提供了该模块的顶层组装图、底层组装图、各层铜箔布局图等，这些信息对于工程师进行电路设计和优化具有重要的参考价值。

七、物料清单

文档详细列出了EVM的组件清单，包括电容、电阻、电感、晶体管、集成电路等各个组件的型号、参数、数量和制造商等信息。这为工程师进行物料采购和电路搭建提供了明确的指导。

八、总结

CSD87384MEVM - 603评估模块在高功率密度和低剖面的电源设计方面表现出色，具有输出电压精度高、大电流输出能力、高开关频率和高效节能等优点。通过详细的测试设置和测试程序，工程师可以全面评估该模块的性能。同时，丰富的性能数据、组装图、PCB布局和物料清单等信息，为工程师的设计和开发工作提供了有力的支持。在实际应用中，工程师可以根据具体需求对模块进行优化和调整，以满足不同设备的电源要求。大家在使用这个模块的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。