TPS54373EVM - 237评估模块深度解析

在电子设计领域，电源管理模块的性能和特性对整个系统的稳定性和效率起着至关重要的作用。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的TPS54373EVM - 237评估模块，从其背景、性能规格、测试结果到板级布局和物料清单，全方位剖析这款模块的特点和应用。

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一、模块背景与特性

1.1 背景概述

TPS54373EVM - 237评估模块采用了具有启动时禁用灌电流（DSDS）功能的TPS54373同步降压稳压器。它能够在3.3V标称输入下提供0.9V至2.5V的输出电压，或者在5V标称输入下提供0.9V至3.3V的输出电压。该模块旨在展示使用TPS54373稳压器设计时所能实现的小PCB面积。其开关频率设定为标称700kHz，允许使用小尺寸的1.0µH输出电感器。此外，TPS54373的MOSFET集成在封装内部，无需外部MOSFET及其相关驱动器，低的漏源导通电阻使得该稳压器具有高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。补偿组件位于IC外部，可实现可调输出电压和可定制的环路响应。DSDS功能使得该稳压器适用于需要在启动时对输出进行预偏置以保持I/O和核心电压之间特定差值的应用。

1.2 性能规格总结

规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围		3.0	3.3或5.0	6	V
输出电压设定点		0.9	1.8	3.3	V
输出电流范围	VI = 3V至6V	-3		3	A
线性调整率	IO = 1.5A，VI = 3至6V		± 0.5%
负载调整率	VI = 3.3V，IO = 0A至3A		± 0.2%
负载瞬态响应 - 电压变化	IO = 0.75A至2.25A	-20			mV PK
负载瞬态响应 - 恢复时间	IO = 0.75A至2.25A		160		µs
负载瞬态响应 - 电压变化	IO = 2.25A至0.75A	20			mV PK
负载瞬态响应 - 恢复时间	IO = 2.25A至0.75A		160		µs
环路带宽	VI = 3V		50		kHz
相位裕度	VI = 3V		62°
环路带宽	VI = 6V		80		kHz
相位裕度	VI = 6V		46°
输入纹波电压			80	200	mV PP
输出纹波电压			6	10	mV PP
输出上升时间			7		ms
工作频率			700		kHz
最大效率	VI = 3.3V，Vo = 1.8V，IO = 1.0A		89%		-

1.3 模块修改

该模块设计旨在展示使用TPS54373时的小尺寸特性，因此许多允许广泛修改的功能被省略。不过，通过改变R2的值可以在0.9V至3.3V范围内改变输出电压，计算公式为： [R 2=10 k Omega × frac{0.891 V}{V{O}-0.891 V}] 同时，最小输出电压受设备最小可控导通时间（200ns）限制，可通过以下公式计算： [V{OUTMIN }=200 n sec × f{S} × V{INMAX }] 开关频率可通过改变R4的值在280kHz至700kHz之间调整。此外，模块支持通过PCB背面的焊盘进行替代输出滤波器配置，用户可能需要根据输出滤波器的变化调整补偿网络的值。

二、测试设置与结果

2.1 输入/输出连接

TPS54373EVM - 237有三个输入/输出连接器：V1（J1）、V0（J2）和PRECHG_IN（J4）。需要一个能够提供5A电流的电源通过一对20AWG电线连接到J1，负载通过一对20AWG电线连接到J2，最大负载电流能力为3A。测试点TP7可用于连接示波器电压探头以监测输出电压。在使用外部电源作为V1源时，可能需要额外的大容量电容器，具体取决于电源的输出阻抗和连接线的长度。

2.2 效率

该模块的效率在负载电流约为1A至2A时达到峰值，随后随着负载电流接近满载而降低。在环境温度为25°C时，效率会因MOSFET的漏源电阻随温度变化而在较高环境温度下降低。同时，由于MOSFET的栅极和开关损耗，700kHz的开关频率下效率略低于较低开关频率。

2.3 功率耗散

PWP封装的低结壳热阻和良好的板级布局使得模块能够在输出额定满载电流的同时保持安全的结温。在3.3V输入源和3A负载下，结温约为60°C，壳温约为55°C。

2.4 输出电压调节

输出电压的负载调整率和线性调整率在环境温度为25°C时的测量结果表明，该模块具有良好的电压调节性能。

2.5 负载瞬态响应

模块对负载瞬态的响应表现为电流从最大额定负载的25%到75%变化时，输出电压的总峰 - 峰电压变化包含纹波和噪声。

2.6 环路特性

模块的环路响应特性在最小和最大工作电压下的增益和相位图显示了其在不同电压下的稳定性和动态性能。

2.7 输出电压纹波和输入电压纹波

在3.3V输入电压和3A额定满载输出电流下，输出电压纹波和输入电压纹波的测量结果展示了模块的纹波特性。

2.8 启动特性

模块的启动波形展示了在不同预充电条件下的启动过程。需要注意的是，预充电水平在任何线路或负载条件下都不得超过输出设定点，否则可能导致电路无法正常工作。

三、板级布局

TPS54373EVM - 237的板级布局包括顶层和底层。顶层包含V1、V0和V(phase)的主要电源走线，以及TPS54373其余引脚的连接和大面积的接地。底层包含接地和V0铜区、一些信号走线以及两个可选D3或D4尺寸电解电容器的焊盘。顶层和底层的接地走线通过多个过孔连接，包括在TPS54373设备正下方的十个过孔，以提供从PowerPAD到接地的热路径。输入去耦电容器、偏置去耦电容器和自举电容器都尽可能靠近IC放置，补偿组件也保持靠近IC，补偿电路连接到调节点的输出电压。

四、原理图与物料清单

4.1 原理图

模块的原理图展示了其电路结构和连接方式，为工程师理解和分析模块的工作原理提供了重要依据。

4.2 物料清单

物料清单详细列出了模块所使用的各种组件，包括电容器、二极管、电阻器、电感器、连接器等，以及它们的规格、制造商和型号。

综上所述，TPS54373EVM - 237评估模块在电源管理方面具有出色的性能和灵活性，适用于多种需要预充电条件的应用场景。工程师在使用该模块时，需要根据具体的应用需求进行合理的配置和调整，以充分发挥其优势。大家在实际应用中是否遇到过类似模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。