TPS53355降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，降压转换器是一种常见且关键的元件，它能够将较高的输入电压转换为较低的输出电压，以满足不同电子设备的需求。德州仪器（Texas Instruments）的TPS53355EVM - 743评估模块，为工程师们提供了一个评估TPS53355降压转换器性能的有效工具。

文件下载：TPS53355EVM-743.pdf

1. 评估模块概述

1.1 典型应用

TPS53355EVM - 743适用于多种场景，包括服务器/存储设备、工作站和桌面电脑，以及电信基础设施等。这些应用通常需要稳定的低电压电源，而该评估模块正好能够满足这些需求。

1.2 特点

• 高输出电流：能够提供高达30A的稳态输出电流，满足高功率设备的需求。
• 支持预偏置输出电压启动：方便在特定情况下启动设备。
• 可选择开关频率：通过J5跳线可以设置不同的开关频率，默认设置为500kHz。
• 可选择软启动时间：使用J4跳线可以调整软启动时间，默认时间为1.4ms。
• 模式选择：通过J6跳线可以选择自动跳过模式（Auto Skip）或强制连续导通模式（FCCM）。
• 方便的测试点：提供了多个测试点，方便对关键波形进行探测和评估。

2. 电气性能规格

2.1 输入特性

• 电压范围：输入电压范围为8V - 14V。
• 最大输入电流：在输入电压为8V，输出电流为30A时，最大输入电流为6.3A。
• 无负载输入电流：在输入电压为14V，输出电流为0A且处于自动跳过模式时，无负载输入电流为1mA。

2.2 输出特性

• 输出电压：固定输出电压为1.5V。
• 线路调节率：在输入电压8V - 14V范围内，线路调节率为0.1%。
• 负载调节率：在输入电压为12V，输出电流0A - 30A范围内，负载调节率为1%。
• 输出电压纹波：在输入电压为12V，输出电流为30A时，输出电压纹波为20mVpp。
• 输出负载电流：输出负载电流范围为0A - 30A。
• 输出过电流：输出过电流保护值为34A。

2.3 系统特性

• 开关频率：默认开关频率为500kHz。
• 峰值效率：在输入电压为12V，输出为1.5V/10A时，峰值效率为91.87%。
• 满载效率：在输入电压为12V，输出为1.5V/30A时，满载效率为89.46%。
• 工作温度：工作温度为25°C。

3. 测试设置

3.1 测试设备

• 电压源：输入电压源 (V_{IN}) 必须是0V - 14V的可变直流源，能够提供10A的直流电流。
• 万用表：用于测量输入电压、输出电压和输入电流。
• 输出负载：输出负载必须是能够在1.5V下提供0A - 30A的电子恒阻模式负载。
• 示波器：用于测量输出纹波，需要设置为1MΩ阻抗、20MHz带宽、交流耦合、2µs/division水平分辨率和50mV/division垂直分辨率。
• 风扇：由于评估模块中的一些组件在运行时可能会接近60°C，建议使用一个能够提供200 - 400LFM风量的小风扇来降低组件温度。

3.2 推荐测试设置

在进行测试之前，需要确保在静电放电（ESD）工作站上操作，并将任何腕带、鞋带或垫子连接到接地参考点。具体的连接步骤如下：

• 输入连接：在连接直流输入源 (V{IN}) 之前，建议将源电流限制在最大10A，并将 (V{IN}) 初始设置为0V。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：将负载连接到J3，并在施加 (V_{IN}) 之前将负载设置为恒阻模式，以吸收0A的直流电流。连接电压表V2测量输出电压。
• 其他连接：按照图4 - 2所示放置风扇，并打开风扇，确保空气能够流过评估模块。

4. 配置

所有跳线选择必须在给评估模块供电之前完成，用户可以根据以下配置进行设置：

4.1 开关频率选择

通过J5跳线可以设置开关频率，默认设置为500kHz。不同的跳线设置对应不同的电阻值和开关频率，具体如下表所示：	跳线设置	电阻（RF）连接（kΩ）	开关频率（kHz）
顶部（1 - 2引脚短路）	0	250
第二个（3 - 4引脚短路）	187	300
第三个（5 - 6引脚短路）	619	400
第四个（7 - 8引脚短路）	开路	500
第五个（9 - 10引脚短路）	866	650
第六个（11 - 12引脚短路）	309	750
第七个（13 - 14引脚短路）	124	850
底部（15 - 16引脚短路）	0	970

4.2 软启动选择

通过J4跳线可以设置软启动时间，默认设置为1.4ms。不同的跳线设置对应不同的电阻值和软启动时间，具体如下表所示：	跳线设置	RMODE连接（kΩ）	软启动时间（ms）
顶部（1 - 2引脚短路）	39.2	0.7
第二个（3 - 4引脚短路）	100	1.4
第三个（5 - 6引脚短路）	200	2.8
底部（7 - 8引脚短路）	475	5.6

4.3 模式选择

通过J6跳线可以选择模式，默认设置为自动跳过模式。具体设置如下表所示：	跳线设置	模式选择
顶部（1 - 2引脚短路）	自动跳过
底部（7 - 8引脚短路）	强制CCM

4.4 启用选择

通过J2跳线可以启用或禁用控制器，默认设置为J2上的跳线短路以禁用控制器。具体设置如下表所示：	跳线设置	启用选择
J2上的跳线短路	禁用控制器
J2上无跳线短路	启用控制器

5. 测试程序

5.1 线路/负载调节率和效率测量程序

1. 按照第4节和图4 - 2的描述设置评估模块。
2. 确保负载设置为恒阻模式，并吸收0A的直流电流。
3. 确保所有跳线配置设置符合第5节的要求。
4. 在施加 (V_{IN}) 之前，确保评估模块中提供的跳线在J2上短路。
5. 将 (V_{IN}) 从0V增加到12V，使用V1测量输入电压。
6. 移除J2上的跳线以启用控制器。
7. 使用V2测量 (VOUT) 电压。
8. 将负载从0A变化到30A， (VOUT) 必须保持在负载调节范围内。
9. 将 (V_{IN}) 从8V变化到14V， (VOUT) 必须保持在线路调节范围内。
10. 将跳线放在J2上以禁用控制器。
11. 将负载降低到0A。
12. 将 (V_{IN}) 降低到0V。

5.2 控制环路增益和相位测量程序

TPS53355EVM - 743在反馈环路中包含一个10Ω的串联电阻，用于环路响应分析。具体步骤如下：

1. 按照第4节和图4 - 2的描述设置评估模块。
2. 将隔离变压器连接到标记为TP10和TP11的测试点。
3. 将输入信号幅度测量探头（通道A）连接到TP10，将输出信号幅度测量探头（通道B）连接到TP11。
4. 将通道A和通道B的接地引线连接到TP12。
5. 通过隔离变压器注入一个约40mV或更小的信号。
6. 以10Hz或更低的后置滤波器将频率从100Hz扫描到1MHz，可以测量控制环路增益和相位裕度。
7. 在进行其他测量之前，从波特图测试点断开隔离变压器（信号注入到反馈中可能会干扰其他测量的准确性）。

5.3 测试点列表

测试点	名称	描述
TP1	VIN	控制器输入
TP2	GND	接地
TP3	GND	接地
TP4	EN	启用
TP5	VOUT	输出电压
TP6	LL	开关节点
TP7	GND	接地
TP8	PGOOD	电源良好
TP9	VREG	5V LDO输出
TP10	CHA	环路注入输入A
TP11	CHB	环路注入输入B
TP12	GND	接地

5.4 设备关机

1. 关闭负载。
2. 关闭负载。
3. 关闭风扇。

6. 性能数据和典型特性曲线

文档中提供了一系列典型性能曲线，包括效率、负载调节率、线路调节率、启用开启/关闭、输出纹波、开关节点、输出瞬态响应、输出过流和短路保护、波特图以及热成像等。这些曲线可以帮助工程师更好地了解TPS53355EVM - 743的性能特点。

7. EVM组装图和PCB布局

文档中展示了TPS53355EVM - 743印刷电路板的设计，包括顶层组装图、底层组装图以及各层铜箔布局图。该评估模块采用了6层、2oz铜的电路板设计。

8. 物料清单

文档中提供了评估模块的物料清单，包括电容、电感、电阻、集成电路等组件的详细信息，方便工程师进行采购和组装。

9. 修订历史

从2011年8月的版本到2022年1月的版本，文档进行了一些更新，包括更新表格、图形和交叉引用的编号格式，以及更新用户指南的标题。

通过对TPS53355EVM - 743评估模块的详细介绍，相信工程师们能够更好地了解该模块的性能和使用方法，从而在实际设计中充分发挥其优势。你在使用这个评估模块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。