TPS53319EVM - 136评估模块：低电压应用的理想之选

在电子工程师的日常工作中，高效且稳定的电源转换模块是设计中不可或缺的部分。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的 TPS53319EVM - 136 评估模块，看看它在低电压应用中能为我们带来怎样的表现。

文件下载：TPS53319EVM-136.pdf

一、模块概述

TPS53319EVM - 136 评估模块采用了 TPS53319 芯片，这是一款具备集成 MOSFET 的 14A 同步降压转换器，采用 D - CAP 模式。它能够在 12V 输入总线的条件下，提供高达 14A 的 1.5V 固定输出电压，适用于服务器/存储、工作站和桌面电脑以及电信基础设施等多种典型应用场景。

特点

• 强大的输出能力：能够提供 14A 的直流稳态输出电流，满足高负载需求。
• 预偏置启动支持：支持预偏置输出电压启动，增强了模块的灵活性和适应性。
• 可配置选项丰富：通过 J3 可选择开关频率，J4 可选择软启动时间，J5 可进行自动跳过和强制 CCM 模式选择，J6 可实现使能功能。
• 便于测试：提供了方便的测试点，可用于探测关键波形，便于工程师进行性能评估。

二、电气性能规格

输入特性

• 电压范围：输入电压范围为 8V - 20V，最大输入电流在 VIN = 8V、IO = 14A 时为 2.874A，在 VIN = 20V、IO = 0A 且处于自动跳过模式下，无负载输入电流为 0.7mA。

  输出特性

• 输出电压：固定输出电压为 1.5V，线路调节率（VIN = 8V - 20V）为 0.1%，负载调节率（VIN = 12V，IO = 0A - 14A，自动跳过模式）为 1%。
• 输出电压纹波：在 VIN = 12V、IO = 14A 时，输出电压纹波为 15mVpp。
• 输出负载电流：范围为 0 - 14A，输出过电流保护点为 16A。

  系统特性

• 开关频率：默认开关频率为 500kHz。
• 效率：在 VIN = 12V、1.5V/8A 时，峰值效率为 91.68%；在 VIN = 12V、1.5V/14A 时，满载效率为 90.04%。
• 工作温度：工作温度为 25°C。

三、测试设置

测试设备

• 电压源：输入电压源 VIN 应为 0V - 20V 的可变直流源，能够提供 10ADC 的电流，将 VIN 连接到 J1。
• 万用表：使用 V1 测量 TP1（VIN）和 TP10（GND）之间的输入电压，V2 测量 TP2（VOUT）和 TP11（GND）之间的输出电压，A1 测量 VIN 输入电流。
• 输出负载：输出负载应为电子恒阻模式负载，能够在 1.5V 下提供 0A - 16ADC 的电流。
• 示波器：可使用数字或模拟示波器测量输出纹波，设置为 1MΩ 阻抗、20MHz 带宽、AC 耦合、2μs/division 水平分辨率和 20mV/division 垂直分辨率。通过将示波器探头尖端穿过 TP2 并将接地桶放在 TP11 上测量输出纹波电压。
• 推荐线规：VIN 到 J1（12V 输入）推荐使用 AWG #16 线，总长度小于四英尺；J2 到负载推荐使用最小 AWG #14 线，总长度小于四英尺。

推荐测试设置

在 ESD 工作站工作时，确保在给 EVM 供电前，将任何腕带、靴带或垫子连接到接地参考。输入连接方面，连接 DC 输入源 VIN 前，建议将源电流限制在最大 10A，初始将 VIN 设置为 0V 并按图连接；连接电压表 V1 测量输入电压，连接电流表 A1 测量输入电流。输出连接方面，将负载连接到 J2 并设置为恒阻模式，在施加 VIN 前将负载设置为吸收 0Adc；连接电压表 V2 测量输出电压。

四、配置选项

开关频率选择

通过 J3 可设置开关频率，默认设置为 500kHz，不同的跳线设置对应不同的电阻连接和开关频率，如顶部（1 - 2 引脚短路）对应 250kHz，底部（15 - 16 引脚短路）对应 970kHz。

软启动选择

J4 可设置软启动时间，默认设置为 1.4ms，不同的跳线设置对应不同的软启动时间，如顶部（1 - 2 引脚短路）对应 0.7ms，底部（7 - 8 引脚短路）对应 5.6ms。

模式选择

J5 可设置模式，默认设置为自动跳过模式，顶部（1 - 2 引脚短路）为自动跳过，底部（3 - 4 引脚短路）为强制 CCM 模式。

使能选择

J6 可启用和禁用控制器，默认设置为 J6 上的跳线短路以禁用控制器，无跳线短路则启用控制器。

五、测试程序

线/负载调节和效率测量程序

按照测试设置和配置要求设置 EVM，确保负载设置为恒阻模式且吸收 0Adc，所有跳线配置正确，在施加 Vin 前 J6 上的跳线短路。将 Vin 从 0V 增加到 12V，移除 J6 上的跳线启用控制器，使用 V2 测量 Vout 电压，改变负载从 0 - 14Adc，Vout 应保持在负载调节范围内；改变 Vin 从 8V 到 20V，Vout 应保持在线路调节范围内。最后，将跳线放在 J6 上禁用控制器，将负载减小到 0A，将 Vin 减小到 0V。

控制回路增益和相位测量程序

TPS53319EVM - 136 在反馈回路中包含一个 10Ω 串联电阻用于回路响应分析。设置 EVM 后，连接隔离变压器到测试点 TP6 和 TP7，将输入信号幅度测量探头（通道 A）连接到 TP6，输出信号幅度测量探头（通道 B）连接到 TP7，将通道 A 和通道 B 的接地引线连接到 TP9，通过隔离变压器注入约 20mV 或更小的信号，从 100Hz 到 1MHz 扫描频率，可测量控制回路增益和相位裕度。在进行其他测量前，断开隔离变压器与波特图测试点的连接，以免信号注入反馈影响其他测量的准确性。

测试点列表

该模块提供了多个测试点，如 TP1 用于测量控制器输入 VIN，TP2 用于测量输出电压 VOUT 等，每个测试点都有其特定的功能。

设备关机

测试结束后，先关闭负载，再关闭 VIN。

六、性能数据和典型特性曲线

文档中给出了一系列典型性能曲线，包括效率、负载调节、线路调节、使能开启/关闭、输出纹波、开关节点、输出瞬态等方面。这些曲线直观地展示了模块在不同条件下的性能表现，帮助工程师更好地了解模块的特性。例如，效率曲线显示了在不同输入电压和负载电流下的效率变化情况，负载调节曲线展示了输出电压随负载电流的变化。

七、EVM 组装图和 PCB 布局

TPS53319EVM - 136 的印刷电路板采用 6 层、2oz 铜电路板设计，文档中提供了从顶层到底层的组装图和铜层布局图，方便工程师进行硬件设计和调试。

八、物料清单

文档列出了 EVM 的组件清单，包括电容、电感、电阻和集成电路等，详细说明了每个组件的数量、参考编号、描述和制造商部件编号，为工程师进行物料采购和电路设计提供了依据。

总的来说，TPS53319EVM - 136 评估模块在低电压应用中表现出色，其丰富的可配置选项和良好的性能特性为电子工程师提供了一个可靠的电源转换解决方案。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。