TPS54617EVM - 414评估模块深度解析

在电子设计领域，电源管理模块的性能直接影响着整个系统的稳定性和效率。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS54617EVM - 414 6 - A，SWIFT™ 调节器评估模块。

文件下载：TPS54617EVM-414.pdf

一、模块概述

TPS54617EVM - 414评估模块主要用于展示TPS54617调节器在设计中实现小尺寸印刷电路板面积的能力。TPS54617是一款直流 - 直流转换器，能够在3V至6V的输入电压源下提供高达6A的输出电流。其开关频率外部设定为标称1600kHz，内部集成了高端和低端MOSFET以及栅极驱动电路。MOSFET的低漏源导通电阻使得该模块能够实现高效率，并在高输出电流时保持较低的结温。此外，补偿组件位于集成电路外部，通过外部分压器可实现输出电压的可调。同时，TPS54617还提供可调节的软启动、同步、使能和频率调节输入以及电源良好输出。该评估模块的绝对最大输入电压为7V。

输入电压和输出电流范围

EVM	输入电压范围	输出电流范围
TPS54617EVM - 414	VIN = 3V to 6V	0 A to 6A

性能规格总结

在输入电压 (V_{IN}=5V) 和输出电压1.8V的条件下（除非另有说明），该模块的性能规格如下：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VIN电压范围		3	3.3	6	V
输出电压设定点			1.8		V
输出电流范围	VIN = 3V to 6V	0		6	A
线性调节率	l0 = 3 A, VIN = 3V to 6V			±0.2%
负载调节率	VIN = 3.3 V, l0 = 0 A to 6 A			±0.07%
负载瞬态响应（lo = 1.5 A to 4.5 A）		电压变化 - 10 mV
		恢复时间 300 μs
负载瞬态响应（lo = 4.5 A to 1.5 A）		电压变化 10 mV
		恢复时间 300 μs
环路带宽	VIN = 5V, l0 = 3A		45		kHz
相位裕度	VIN = 5V, l0 = 3A		57
输入纹波电压	lo = 6A			80	mVpp
输出纹波电压	l0 = 6A			15	mVpp
输出上升时间			6		ms
工作频率			1600		kHz
最大效率	TPS54617EVM - 414, VIN = 3.3 V, lo = 1.0 A		82.7%

二、测试设置与结果

输出电压设定点修改

若要改变评估模块的输出电压，需要改变电阻 (R{2}) 的值。可以使用公式 (R{2}=10 k Omega × frac{0.891 V}{V{OUT } - 0.891 V}) 计算特定输出电压对应的 (R{2}) 值。以下是一些常见输出电压对应的 (R_{2}) 标准值：	输出电压 (V)	(R_{2}) 值 (kΩ)
1.2	28.7
1.8	10
2.5	5.49
3.3	3.74

输入/输出连接

该评估模块配备了输入/输出连接器和测试点。需要使用能够提供5A电流的电源通过一对18AWG电线连接到J3，负载通过一对18AWG电线连接到J2，最大负载电流能力为6A。为减少电线损耗，应尽量缩短电线长度。测试点TP2用于监测 (VIN) 输入电压，TP5提供接地参考；TP1用于监测输出电压，TP6作为接地参考。

效率

该评估模块的效率在负载电流约为0.5A - 1A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，效率曲线如图1所示。由于内部MOSFET的漏源电阻随温度变化，在较高环境温度下效率可能会降低。

输出电压负载调节

图2展示了TPS54617EVM - 414的负载调节情况，测量是在环境温度为25°C下进行的。

输出电压线性调节

图3呈现了该模块的线性调节情况。

负载瞬态响应

图4显示了TPS54617EVM - 414对负载瞬态的响应，在5V输入下，电流阶跃从最大额定负载的25%（1.5A）到75%（4.5A）。

环路特性

图5展示了TPS54617EVM - 414的环路响应特性，测量在 (VIN) 电压为5V、负载电流为3A的条件下进行。

输出电压纹波

图6显示了在输出电流为额定满载6A、 (V_{IN}=5V) 时的输出电压纹波，纹波电压直接在输出电容器两端测量。

输入电压纹波

图7展示了在相同条件下的输入电压纹波，纹波电压直接在输入电容器两端测量。

上电过程

图8展示了启动波形，顶部轨迹显示 (V_{IN}) ，底部轨迹显示 (VOUT) 。初始施加输入电压，通过J2处的跳线将EN接地来抑制输出。移除跳线后，EN释放。当EN电压达到1.25V的使能阈值电压时，启动序列开始，内部参考电压以内部设定的速率向0.8V上升，输出电压上升到外部设定的3.3V。

三、电路板布局

布局设计

TPS54617EVM - 414的电路板布局如图9 - 13所示。评估模块的顶层布局采用了典型的用户应用方式，两个内层和底层为专用接地平面，所有层均为2盎司铜。顶层包含 (V{IN}) 、 (Vout) 和VPHASE的主要电源走线，还包括TPS54617其余引脚的连接以及大面积的接地区域。顶层、底层和内部接地走线通过分布在电路板周围的多个过孔连接，其中在TPS54617器件正下方有十二个过孔，为从顶层接地平面到底层接地平面提供热路径。输入去耦电容器（C1、C2和C12）和自举电容器（C6）都尽可能靠近集成电路放置。此外，电压设定点电阻分压器和补偿组件也靠近集成电路。电压分压器网络在调节点与输出电压相连， (v{OUT}) 铜浇注区域靠近输出连接器J2和TP1。根据评估模块与输入电源的连接情况，可能需要额外的输入大容量电容器C13。

估计电路面积

该设计中使用的组件的估计印刷电路板面积为 (0.55 in ^{2}) ，此面积不包括测试点或连接器。

四、原理图和物料清单

原理图

图14为TPS54617EVM - 414的原理图。

物料清单

数量	参考编号	值	描述	尺寸	零件编号	制造商
1		分流器，100密耳，黑色	0.100		929950 - 00	3M
2	C1, C2	22 µF	陶瓷电容器，6.3V，X5R，10%	1210	GRM32DR60J22KA0	Murata
1	C10	150 pF	陶瓷电容器，50V，NPO，5%	0603	Std	Std
0	C13	开路	干扰抑制电容器，xx µF，275 VAC	0.394英寸	STD	Sanyo
	C3, C4	100 µF	陶瓷电容器，6.3V，X5R	1210	C3225X5R0J107M	TDK
	C5	1200 pF	陶瓷电容器，25V，X5R，10%	0603	Std	Std
2	C6, C8	0.047 µF	陶瓷电容器，25V，X5R，10%	0603	Std	Std
1	C7	2700pF	陶瓷电容器，25V，X5R，10%	0603	Std	Std
3	C9, C11, C12	0.01 µF	陶瓷电容器，25V，X5R，10%	0603	Std	Std
2	J1, J4		PTC36SAAN 公头，2引脚，100密耳间距，（36引脚条）	0.100英寸 × 2	PTC36SAAN	Sullins
2	J2, J3		ED1609 端子块，2引脚，15A，5.1mm	0.40" x 0.35"	ED1609	OST
	L1	0.82µH	电感，SMT，13A，6.7 mΩ	0.255 × 0.270英寸	IHLP2525CZERR82M	Vishay
3	R1, R2, R8	10.0 k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R3	0	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
	R4	10	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R5	27.4 k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R6	4.99k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R7	590	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
4	TP1–TP4		测试点，红色，通孔，颜色编码	0.100 × 0.100英寸	5000	Keystone
2	TP5, TP6		测试点，黑色，通孔，紧凑型	0.125 × 0.125英寸	5006	Keystone
1	TP7		测试点，黑色，通孔，颜色编码	0.100 × 0.100英寸	5001	Keystone
1	U1		TPS54617RUV IC，3V TO 6V输入，6A，小型同步降压	RUV - 34	TPS54617RUV	TI
1		PCB	3" × 3" × 0.062"		HPA414	Any

五、重要注意事项

适用范围

该评估板/套件仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适合一般消费者使用的成品。处理该产品的人员必须具备电子学培训，并遵守良好的工程实践标准。

保修与责任

若评估板/套件不符合用户指南中规定的规格，可在交付日期起30天内退货以获得全额退款。用户需承担货物正确和安全处理的所有责任和义务，并对TI因货物处理或使用而产生的所有索赔进行赔偿。

操作限制

务必在表1规定的输入电压范围和输出电流范围内操作该评估模块。超出指定输入范围可能导致意外操作和/或对评估模块造成不可逆转的损坏；施加超出指定输出范围的负载可能导致意外操作和/或对评估模块造成永久性损坏。

温度注意事项

在正常运行期间，某些电路组件的外壳温度可能高于55°C。只要保持输入和输出范围，评估模块设计为在某些组件温度高于60°C时仍能正常运行。在操作过程中将测量探头放置在这些设备附近时，要注意这些设备可能会很烫。

总之，TPS54617EVM - 414评估模块为工程师提供了一个很好的平台来测试和评估TPS54617调节器的性能。在使用过程中，我们需要严格遵守相关的操作规范和注意事项，以确保模块的正常运行和测试结果的准确性。大家在实际应用中有没有遇到过类似模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。