TPS546C23 2-Phase SWIFT降压转换器评估模块使用指南

一、引言

在电子设计领域，电源模块的性能和稳定性至关重要。TPS546C23EVM2 - 746评估模块作为一款重要的电源解决方案，为工程师们提供了一个评估和验证TPS546C23芯片性能的平台。本文将详细介绍该评估模块的相关内容，包括其特点、电气性能、测试设置、配置过程以及性能数据等，希望能为电子工程师们在设计和应用过程中提供有价值的参考。

文件下载：TPS546C23EVM2-746.pdf

二、评估模块概述

2.1 基本描述

TPS546C23EVM2 - 746是一款两相降压转换器，采用两个堆叠的TPS546C23器件。它使用标称12V总线，可产生高达70A负载电流的稳压输出。该模块旨在展示TPS546C23在两相低输出电压应用中的堆叠操作，并提供多个测试点以评估器件性能。此外，通过更改组装的组件，它还可以改装成两个独立的单相降压转换器。

2.2 典型应用

该评估模块适用于多种应用场景，如高密度电源解决方案、无线基础设施、开关器、路由器网络、服务器、存储以及智能电源系统等。这些应用场景对电源的稳定性、效率和功率密度都有较高的要求，而TPS546C23EVM2 - 746正好能够满足这些需求。

2.3 特点

• 输出性能：可提供高达70A的直流稳态输出电流，输出电压为1.2V，且输出电压可通过PMBus接口进行裕度调整和微调。
• 可编程功能：通过PMBus接口，可对欠压锁定（UVLO）、软启动、使能、过流警告和故障限制、过压和欠压警告和故障限制、开启和关闭延迟等参数进行编程设置。
• 测试便利性：提供方便的测试点，便于探测关键波形，有助于工程师对模块的性能进行评估和调试。

三、电气性能规格

在室温25°C条件下，TPS546C23EVM2 - 746的电气性能规格如下：	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入特性
电压范围 (V_{IN})		5	12	18	V
最大输入电流	(V{IN}=12V)，(I{O}=70A)			8.5	A
无负载输入电流	(V{IN}=12V)，(I{O}=0A)			120	mA
输出特性
输出电压 (V_{OUT})			1.2		V
输出负载电流 (I_{OUT})		0		70	A
线路调整率（输入电压5V - 18V）				1	%
负载调整率（输出电流0A - 70A）				1	%
输出电压纹波 (V_{OUT})	(V{IN}=12V)，(I{OUT}=70A)			10	mVpp
负载电流 (I_{OUT1})（U1默认设置）			42		A
负载电流 (I_{OUT2})（U2默认设置）			42		A
系统特性
开关频率	(V_{IN}=12V)		500		kHz
满载效率 (V_{OUT})	(V{IN}=12V)，(I{OUT}=70A)		86		%
工作温度 (T_{ambient})			25		°C
PMBUS接口和引脚绑定
U1 PMBUS地址	由R33和R35编程		27
U2 PMBus地址	由R37和R36编程		36		十进制
U1电压参考 (V_{OUT_COMMAND}) 默认设置			600		mV
U2电压参考 (V_{OUT_COMMAND}) 默认设置			600		mV
U1软启动时间 (T_{ON_RISE}) 默认设置			3		ms
U2软启动时间 (T_{ON_RISE}) 默认设置			3		ms

需要注意的是，若将输出过流限制（(I{OUT_OC_FAULT_LIMIT})）设置为45A，输出电流 (I{OUT}) 最高可达80A。效率是基于特定测试设置测量得出的，其中包括板上铜迹线造成的功率损耗。

四、测试设置

4.1 测试和配置软件

为了更改评估模块的默认配置参数，需要获取TI Fusion Digital Power Designer软件。该软件是一个图形用户界面（GUI），用于配置和监控安装在评估模块上的Texas Instruments TPS546C23电源转换器。它通过PMBus协议，借助TI USB适配器在串行总线上与控制器进行通信。该适配器可在[http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio](http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio)购买。

该软件具有以下功能：

• 通过硬件控制线或PMBus操作命令开启或关闭电源输出。
• 实时监控输出电压、输出电流、芯片温度、警告和故障等数据，并在GUI上持续显示。
• 配置常见的操作特性，如 (V_{out}) 微调、裕度、欠压锁定、软启动时间、警告和故障阈值、故障响应以及开/关模式等。

该软件可在http://www.ti.com/tool/fusion_digital_power_designer下载。

4.2 测试设备

• 电压源：输入电压源 (V{IN}) 应是一个0V - 20V的可变直流源，能够提供20A的直流电流。将输入 (V{IN}) 和GND连接到J2和J3，如图4 - 1所示。
• 万用表：建议使用两个独立的万用表，一个用于测量 (V{IN})，另一个用于测量 (V{out})。
• 输出负载：建议使用一个可变电子负载，其负载能力应达到80A。
• 示波器：用于测量输出噪声和纹波，建议使用Tip - and - Barrel方法或更好的方法进行输出纹波测量，如图4 - 2所示。
• 风扇：在高负载长时间运行时，可能需要使用一个小风扇向评估模块提供强制风冷，以确保模块上器件的温度保持在105°C以下。
• USB - to - GPIO接口适配器：评估模块和主机计算机之间需要一个通信适配器，该评估模块设计使用Texas Instruments USB - to - GPIO适配器，可在[http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio](http://www.ti.com/tool/usb - to - gpio)购买。
• 推荐线规：输入 (V_{IN}) 和GND到J2和J3（GND）（12V输入），推荐使用AWG #12线，线的总长度应小于两英尺（输入1英尺，返回1英尺）；输出J8/J7和GND J10/J11（0.9V输出），最小推荐线规为AWG #10，线的总长度应小于两英尺（输出1英尺，返回1英尺）。

4.3 推荐测试设置

图4 - 1展示了推荐的测试设置。图4 - 2说明了在TP19与TP23或TP20与TP24上对开关节点波形进行Tip和Barrel测量的方法。

4.4 测试点、跳线和连接器列表

• 测试点：文档中详细列出了各个测试点的功能，包括DATA、SMB_ALERT、CNTL、CLK等信号的测量点，以及输入电压、输出电压、开关节点等关键参数的测量点。
• 跳线：如JP1、JP2等跳线用于同步连接、PMBUS CNTL连接和SMBALERT连接等，默认情况下，一些跳线是插好的。
• 连接器：J1为PMBUS插座，用于连接TI FUSION适配器；J2、J3、J8、J10、J7、J11等连接器分别用于输入电压、输出电压和接地连接。

五、EVM配置

5.1 工厂默认配置

TPS546C23在出厂时已进行预配置，表5 - 1列出了一些关键的工厂配置参数，包括地址、命令代码、编码和译码等信息。例如，U1的PMBUS地址为27十进制，U2的PMBUS地址为36十进制；输入关闭电压为4.0V，输入开启电压为4.5V等。

5.2 重新配置过程

若需要将评估模块配置为非工厂默认设置，可使用TI Fusion Digital Power Designer软件进行重新配置。在启动软件之前，需要向评估模块施加输入电压，以便TPS546C23能够响应GUI并使GUI识别设备。为避免在配置过程中转换器启动，建议施加小于4.5V的输入电压，推荐输入电压为4V。具体配置步骤如下：

1. 将输入电源调整为提供4V（(4V_{DC})），电流限制为1A。
2. 将输入电压施加到评估模块，参考图4 - 1进行连接和测试设置。
3. 启动Fusion GUI软件，可参考第10节的截图获取更多信息。
4. 根据需要配置评估模块的操作参数。默认情况下，两个TPS546C23设备都配置为环路控制器，且可以同时启用操作，并同时连接到PMBUS接口。

六、测试过程

6.1 线路和负载调整率及效率测量过程

1. 按照图4 - 1所示设置评估模块。
2. 确保电子负载设置为吸取0A（(0A_{DC})）。
3. 使用电压表将 (V_{IN}) 从0V增加到12V，并测量输入电压。
4. 使用另一个电压表测量输出电压 (V_{OUT})。
5. 将负载从0A变化到70A（(ADC)），(V_{OUT}) 应保持在表2 - 1定义的调节范围内。
6. 将 (V{IN}) 从5V变化到18V，(V{OUT}) 应保持在表2 - 1定义的调节范围内。
7. 将负载减小到0A。
8. 将 (V_{IN}) 减小到0V。

6.2 控制环路增益和相位测量过程

TPS546C23EVM2 - 746在 (V_{OUT}) 的反馈环路中包含一个49.9Ω的串联电阻，可通过测试点TP14和TP15进行访问，用于环路响应分析。在进行环路响应测量时，应使用这些测试点作为环路的扰动注入点。具体测量步骤如下：

1. 按照图4 - 1所示设置评估模块。
2. 对于 (V_{OUT})，将网络分析仪的隔离变压器从TP14连接到TP15。
3. 将输入信号测量探头连接到TP14，将输出信号测量探头连接到TP15。
4. 将两个探头通道的接地引线连接到TP11。
5. 在网络分析仪上，测量TP15/TP14（Out/In）的Bode图。

6.3 效率测量

为了评估功率级（器件和电感器）的效率，需要在正确的位置测量电压，以排除与功率级本身无关的损耗，如铜迹线和输入输出连接器的电压降。输入电流可以在输入线的任何点测量，输出电流可以在被测量输出的输出线的任何位置测量。表6 - 2列出了输入电压和输出电压的测量点，使用这些测量点可以得到排除连接器和PCB迹线损耗的效率测量结果。

七、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、负载调整率、线路调整率、瞬态响应、输出纹波、控制开启和关闭、两相之间的电流共享、控制环路Bode图以及热图像等。这些曲线直观地展示了TPS546C23EVM2 - 746在不同条件下的性能表现，有助于工程师对模块的性能进行评估和优化。

八、EVM组装图和PCB布局

图8 - 1至图8 - 9展示了TPS546C23EVM2 - 746评估模块印刷电路板的设计，包括3D视图、顶层组装图、底层组装图、顶层铜层、内部层和底层铜层等。这些图纸为工程师在进行硬件设计和布局时提供了重要的参考。

九、物料清单

表9 - 1列出了TPS546C23EVM2 - 746的物料清单，包括各种电容、电阻、电感、连接器、测试点等组件的数量、型号、描述和制造商等信息。这有助于工程师在进行模块组装和维修时准确获取所需的组件。

十、截图

10.1 Fusion GUI截图

启动Fusion GUI时，选择IC_DEVICEID作为扫描模式以查找TPS546C23。通过不同的选项卡可以进行各种配置，如Limits & On/Off选项卡可配置 (V{ref})、OC故障和警告、OT故障和警告、电源良好限制、故障响应、欠压锁定、开/关配置、软启动时间和裕度电压等；Advanced选项卡可配置特定寄存器；SMBALERT # Mask选项卡可配置可屏蔽的SMBALERT源；Device Info选项卡可查看设备信息、用户暂存器、写保护选项以及 (V{out}) 缩放环路、(V{out}) 转换速率和 (I{out}) 校准偏移的配置；All Config选项卡可配置所有可配置参数，并显示十六进制编码等详细信息。Monitor屏幕可显示设备测量参数的实时数据，包括 (V{OUT})、(I{out})、温度和 (P{out}) 的图形，还提供启动/停止轮询、快速访问开/关配置、控制引脚激活和OPERATION命令、裕度控制以及清除故障等功能。Status屏幕可显示设备的状态。

十一、总结

TPS546C23EVM2 - 746评估模块为电子工程师提供了一个全面的平台，用于评估和验证TPS546C23芯片在两相降压转换应用中的性能。通过详细的电气性能规格、测试设置、配置过程和性能数据，工程师可以更好地了解该模块的特点和优势，并根据实际需求进行设计和优化。在使用过程中，工程师需要注意安全事项，按照正确的步骤进行操作，以确保测试和配置的准确性和可靠性。同时，结合实际应用场景，合理调整参数和配置，以充分发挥该模块的性能优势。

你在使用TPS546C23EVM2 - 746评估模块的过程中遇到过哪些问题呢？你对其性能和配置有什么独特的见解吗？欢迎在评论区分享你的经验和想法。