TPS53129 Buck控制器评估模块使用指南

在电子设计领域，电源管理是一个至关重要的环节。对于成本敏感的应用场景，选择合适的电源控制器和评估模块尤为关键。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS53129 Buck控制器评估模块——TPS53129EVM - 621。

文件下载：TPS53129EVM-621.pdf

一、模块概述

1.1 描述

TPS53129EVM - 621评估板为用户提供了一种便捷的方式，可在实际的成本敏感应用中评估TPS53129双D - CAP2™模式控制降压控制器。该模块能从8 - 22V的宽松调节电源中，提供低核心类型的1.05V和I/O类型的1.8V输出，每个通道的输出电流最高可达4A。同时，它还配备了开关和测试点，方便用户评估TPS53129控制器在其应用中的性能。

1.2 应用领域

该评估模块适用于多种设备，包括数字电视、机顶盒、DSL和电缆调制解调器以及其他成本敏感的数字消费产品。这表明它在消费电子领域有着广泛的应用前景。

1.3 特性

• 输入电压范围：8 - 22V，能适应不同的电源环境。
• 输出电压：提供1.05V和1.8V两种输出，满足不同电路的需求。
• 输出电流：每个通道最高可达4A，具有较强的供电能力。
• 控制模式：采用700kHz伪固定频率D - CAP2™模式控制，保证了电源的稳定性和效率。
• 独立使能开关：为电源的开启和关闭测试提供了便利。

二、电气性能规格

2.1 输入特性

• 输入电压（VIN）：范围为8 - 22V，典型值为12V。
• 输入电流（IIN）：在VIN = 12V，IOUT1 = 4A，IOUT2 = 4A的条件下，典型值为1.2A，最大值为1.5A。
• 无负载输入电流：在VIN = 12V，IOUT = 0A时，为20mA。
• 输入欠压锁定（VIN_UVLO）：在IOUT = 4A时，范围为4.0 - 4.5V，典型值为4.2V。

2.2 输出特性

• 输出电压（VOUT1和VOUT2）：在VIN = 12V，IOUT1 = 2A时，VOUT1为1.05V；在VIN = 12V，IOUT2 = 2A时，VOUT2为1.80V。
• 线路调节率：在VIN从8V到22V变化时，VOUT1和VOUT2的线路调节率均为1%。
• 负载调节率：在IOUT从0A到4A变化时，VOUT1和VOUT2的负载调节率也均为1%。
• 输出电压纹波（VOUT1_rip和VOUT2_rip）：在VIN = 12V，IOUT2 = 4A时，VOUT1和VOUT2的纹波均为30mVpp。
• 输出电流（IOUT1和IOUT2）：范围为0 - 4A。

2.3 系统特性

• 开关频率（FSW）：范围为350 - 800kHz，典型值为700kHz。
• 输出效率：输出1的峰值效率（ηpk1）在VIN = 12V时为85%，满载效率（η1）在VIN = 12V，IOUT1 = 4A时为84%；输出2的峰值效率（ηpk2）在VIN = 12V时为89%，满载效率（η2）在VIN = 12V，IOUT2 = 4A时为88%。

三、原理图

文档中提供了TPS53129EVM - 621的原理图（Figure 3 - 1），不过需要注意的是，图中仅作参考，具体数值可查看表9 - 1。原理图是我们理解电路工作原理的重要依据，通过它我们可以清晰地看到各个元件之间的连接关系和信号流向。

四、连接器和测试点说明

4.1 使能开关（SW1和SW2）

TPS53129EVM - 621为两个输出分别配备了独立的使能开关。当开关置于DIS位置时，相应通道将被禁用，并根据TPS53129的内部放电特性进行放电。要启用VOUT1，需将SW1置于EN位置；要启用VOUT2，则将SW2置于EN位置。

4.2 开关频率选择开关（SW3）

该评估模块未安装SW3。但当使用TPS53129EVM - 621评估TSSOP封装的TPS53126控制器时，可以安装SW3，以便在350kHz和700kHz之间选择TPS53126的开关频率。

4.3 测试点说明

文档详细列出了各个测试点的标签、用途以及相关信息所在的章节。这些测试点为我们测量电路的各种参数提供了便利，例如：

• 输入电压监测（TP3和TP9）：通过这两个测试点可以测量模块的实际输入电压，避免输入电缆和连接器带来的损耗。
• 通道1输出电压监测（TP4和TP8）：用于测量VOUT1的实际输出电压，同时在测量输出纹波时，可采用尖端和桶形测量技术（Figure 4 - 1）来限制接地环路面积。
• 通道2输出电压监测（TP6和TP7）：与通道1类似，用于测量VOUT2的实际输出电压和纹波。
• 软启动电压监测（TP1、TP2和TP3）：TP1和TP2分别监测通道1和通道2的软启动斜坡电压。
• 开关节点监测（TP3、TP5和TP11）：TP5和TP11分别监测通道1和通道2的开关节点波形电压。
• 5V稳压器输出监测（TP3和TP10）：TP10用于监测内部5V稳压器的输出电压。

五、测试设置

5.1 设备要求

• 电压源：使用0 - 25V的可变直流电源，最小输出电流为2A。
• 仪表：包括0 - 5A的直流电流表（A1）、0 - 25V的电压表（V1）、0 - 2V的电压表（V2和V3）。
• 负载：两个电子负载，分别设置为恒定电流模式，一个可在0 - 4A、1.05V直流下工作，另一个可在0 - 4A、1.8V直流下工作。
• 示波器和探头：示波器需设置为交流耦合测量，带宽限制为20MHz，建议使用具有暴露导电接地桶的探头。
• 推荐线规：VIN到J3的连接，建议使用AWG 16线，总长度小于2英尺；J1到LOAD1和J2到LOAD2的连接，建议使用AWG 14线，总长度也小于2英尺。
• 其他测试设备：由于评估模块中的某些元件在工作时可能会发热，建议使用一个风量为200 - 400 lfm的小风扇来降低元件温度。

5.2 推荐设置

文档提供了推荐的测试设置图（Figure 5 - 1）。在进行测试时，需在ESD工作站上操作，确保在给评估模块通电前，将任何腕带、靴带或垫子连接到接地端。同时，建议佩戴静电服和安全眼镜。

六、测试程序

6.1 启动程序

1. 在连接直流输入源VIN之前，建议将源电流限制在最大2A，并将VIN初始设置为0V。
2. 确保LOAD1和LOAD2设置为恒定电流模式，且在施加VIN之前将电流设置为0A。
3. 验证SW1和SW2是否处于所需位置。
4. 按照Figure 5 - 1所示放置风扇并开启，确保空气流过评估模块。
5. 将VIN从0V增加到12V。

6.2 线路/负载调节率和效率测量程序

1. 按照第5.2节的要求设置TPS53129EVM - 621。
2. 按照第6.1节的启动程序启动评估模块。
3. 将VIN调整到8 - 22V之间的所需值。
4. 将LOAD1/LOAD2调整到0 - 4A之间的所需负载。
5. 分别从V1、V2/V3和A1读取输入电压、输出电压和输入电流。
6. 按照第6.4节的关机程序关闭评估模块。

6.3 输出纹波电压测量程序

1. 按照第5.2节的要求设置TPS53129EVM - 621。
2. 按照第6.1节的启动程序启动评估模块。
3. 将VIN调整到8 - 22V之间的所需值。
4. 将LOAD1/LOAD2调整到0 - 4A之间的所需负载。
5. 按照Figure 4 - 1所示，将示波器探头连接到TP8和TP4（用于VOUT1）或TP7和TP6（用于VOUT2）。
6. 测量输出纹波。
7. 按照第6.4节的关机程序关闭评估模块。

6.4 关机程序

1. 将SW1设置为DIS。
2. 将SW2设置为DIS。
3. 将LOAD1的电流降至0A，并关闭LOAD1。
4. 将LOAD2的电流降至0A，并关闭LOAD2。
5. 将VIN降至0V，并关闭VIN。
6. 关闭风扇。

七、性能数据和典型特性曲线

文档提供了一系列典型性能曲线（Figure 7 - 1至Figure 7 - 8），包括效率与负载的关系、输出电压与负载的关系、输出电压纹波以及开关节点波形等。需要注意的是，实际性能数据可能会受到测量技术和环境变量的影响，这些曲线仅作参考。

八、EVM组装图和布局

Figure 8 - 1至Figure 8 - 6展示了TPS53129EVM - 621印刷电路板（PCB）的设计。该评估模块采用4层、2盎司覆铜的3.5英寸×2.7英寸电路板，方便用户在实际应用中轻松查看、探测和评估TPS53129控制集成电路。对于空间受限的系统，还可以通过将元件移到PCB的两侧或使用额外的内部层来进一步减小尺寸。

九、物料清单

文档中的表9 - 1列出了TPS53129EVM - 621的物料清单，包括各个元件的数量、参考编号、值、描述、尺寸、零件编号和制造商等信息。其中，数量为0的元件未安装在PCB上，但提供了参考。

十、修订历史

文档记录了从2011年2月的版本到2022年1月的版本的修订内容，主要包括更新文档中表格、图形和交叉引用的编号格式以及更新用户指南的标题。

总的来说，TPS53129EVM - 621评估模块为电子工程师在成本敏感应用中评估TPS53129控制器提供了一个全面且实用的平台。通过详细的电气性能规格、测试设置和程序以及丰富的性能数据和典型特性曲线，工程师们可以更好地了解该控制器的性能，并将其应用到实际设计中。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。