TPS54980EVM - 022评估模块：高效电源设计的理想之选

在电子工程师的日常工作中，电源设计是至关重要的一环。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的TPS54980EVM - 022评估模块，它在电源设计领域有着独特的优势。

文件下载：TPS54980EVM-022.pdf

一、模块概述

背景介绍

TPS54980是一款跟踪型直流 - 直流转换器，专为需要为负载提供两个或更多电压的应用而设计，像微处理器、数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）的核心和I/O电源供应等应用都适用。该评估模块TPS54980EVM - 022展示了TPS54980在跟踪和排序核心与I/O电压方面的灵活性。它使用TPS54980生成核心电压，标称值为1.8V，而标称3.3V的I/O电压则由TPS2013分配开关提供。其额定输入电压范围为3.0V至4.0V，核心输出电流范围为 - 9A至9A，I/O输出电流范围为0至1.5A。

性能规格

在输入电压为3.3V、输出电压为1.8V（环境温度25°C，I/O输出无负载）的条件下，该模块有着出色的性能表现：

• 输入电压范围：3.0 - 4.0V
• 输出电压设定点：1.8V
• 输出电流范围： - 9 - 9A（VI = 3 - 5.5V）
• 线路调整率：±0.1%（IO = 0A至3A，VI = 3V至5.5V）
• 负载调整率：±0.2%（VI = 3.3V，IO = 0至3A）
• 负载瞬态响应：电压变化±50mVPK，恢复时间400µs
• 环路带宽：VI = 3V时为63kHz，VI = 4V时为75kHz
• 相位裕度：VI = 3V时为56°，VI = 4V时为49°
• 输入纹波电压：50 - 200mVPP
• 输出纹波电压：6 - 10mVPP
• 最大效率：VI = 3.3V，VO = 1.8V，IO = 1.0A时为89%

大家在实际设计中，这些性能规格能为我们提供重要的参考，你觉得哪一项性能对你当前的项目影响最大呢？

二、模块修改

改变输出电压

通过改变电阻R2的值，可以将输出电压设置在0.9V至2.5V的范围内。计算公式为： [R{2}=10 k Omega × frac{0.891 V}{V{O}-0.891 V}] 例如，当输出电压为1.2V时，R2的值为28.7kΩ。不过要注意，最小输出电压受设备最小可控导通时间（200ns）的限制，可通过公式[V{OUTMIN }=200 nsec × f{S} × V_{INMAX }]进行近似计算。

调整开关频率

开关频率可以通过改变R4的值在280kHz至700kHz之间进行调整。降低开关频率会增加输出纹波，除非增加L1的值。频率与RT值的关系可参考频率微调电阻选择图。

电源排序

通过选择不同的R6 - R7电阻分压器比率，可以设置不同的电源排序场景：

• 当(frac{R 6}{R 7}=frac{R 1}{R 2})时，核心电压跟踪I/O电压。
• 当(frac{R 6}{R 7}=frac{left(V_{I / O}-0.891right)}{0.891})时，核心和I/O电压之间存在比例关系。
• 当(frac{R 6}{R 7}

在实际设计中，你会优先考虑调整哪个参数来满足项目需求呢？

三、测试设置与结果

输入/输出连接

TPS54980EVM - 022有三个输入/输出连接器：VIN J1、VOUT I/O J2和VOUT CORE J3。连接时，能够提供8A电流的电源应通过一对20AWG电线连接到J1，负载应通过一对16AWG电线连接到J2，最大负载电流能力为9A。为减少电线损耗，应尽量缩短电线长度。测试点TP7可方便连接示波器电压探头以监测输出电压。

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。在较高环境温度下，由于MOSFET的漏源电阻随温度变化，效率会降低。此外，700kHz的开关频率下效率略低于较低开关频率，这是因为MOSFET的栅极和开关损耗。

功率损耗

PWP封装的低结壳热阻以及精心设计的电路板布局，使得该模块在输出全额定负载电流时能保持安全的结温。在3.3V输入源和9A负载下，结温约为60°C，壳温约为55°C。

输出电压调节

模块的输出电压负载调节和线路调节性能良好，在环境温度25°C下进行了相关测量。

负载瞬态响应

当电流从最大额定负载的25%阶跃到75%时，模块的总峰 - 峰电压变化包括输出纹波和噪声。

环路特性

展示了在最小和最大工作电压下的增益和相位图，帮助我们了解模块的环路响应特性。

输出电压纹波和输入电压纹波

在输入电压为3.3V、输出电流为额定满载9A时，测量了输出电压纹波和输入电压纹波。

电源上下电

TPS54980调节器为核心和I/O电压的上下电排序提供了不同模式。通过选择不同的R6/R7电阻分压器比率，可以设置核心电压在上下电时的斜率与I/O电压的关系。例如，当R6 = R1且R7 = R2时，核心电压跟踪I/O电压；通过跳线JP2还可以实现比例电源排序以及核心电压先上升后下降的排序方式。

四、电路板布局

TPS54980EVM - 022的电路板布局有其独特之处。顶层包含主要的电源走线（(V{I})、(v{0})和(Phase)），以及TPS54980其余引脚的连接和大面积的接地。底层包含接地和一些信号走线，顶层和底层的接地走线通过多个过孔连接，其中12个过孔直接位于TPS54980设备下方，为PowerPAD焊盘提供了到地的热路径。输入去耦电容、偏置去耦电容和自举电容都尽可能靠近IC放置，补偿组件也靠近IC，补偿电路连接到调节点的输出电压，与高频旁路输出电容相邻。

五、原理图和物料清单

原理图

模块的原理图展示了其电路设计，为我们深入了解模块的工作原理提供了重要依据。

物料清单

详细列出了模块所使用的各种元件，包括电容、电阻、电感、连接器等的数量、规格和制造商等信息。需要注意的是，这些组件中部分有静电敏感问题，要采取静电防护措施；组件必须干净，无焊剂和污染物；并且要符合工艺标准IPC - A - 610 Class 2，部分参考标识不能替换，其他组件可使用等效制造商的组件进行替换。

总的来说，TPS54980EVM - 022评估模块在电源设计中具有诸多优势，无论是其性能表现还是可修改性都为电子工程师提供了很大的便利。大家在使用这个模块的过程中有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的使用经验呢？欢迎在评论区分享。