TPS55330EVM - 017评估模块技术解析

一、背景介绍

TPS55330EVM - 017是一款用于评估TPS55330 DC/DC升压转换器的评估模块（EVM）。该模块的输入电压范围为2.9V至4.2V，输出电压为5V，最大输出电流可达2.1A。其开关频率外部设定为标称600kHz，内部集成了24V、5A的低端MOSFET及栅极驱动电路，MOSFET低的漏源导通电阻有助于实现高转换效率。补偿组件位于集成电路（IC）外部，EVM的绝对最大输入电压为18V。

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二、性能规格总结

1. 输入输出范围

输入电压范围为2.9V - 4.2V，输出电压设定为5V，输出电流范围是0.001A - 2.1A。

2. 调节性能

• 线路调节：在输出电流 (I{OUT}=2.1A)，输入电压 (V{IN}) 从2.9V到4.2V变化时，线路调节率为±0.1%。
• 负载调节：当输出电流从1mA变化到2.1A时，负载调节率同样为±0.1%。

3. 动态响应

• 当输出电流从525mA变化到1.575A时，电压变化为 - 220mV，恢复时间为400µs。
• 当输出电流从1.575A变化到525mA时，电压变化为180mV，恢复时间为400µs。

4. 其他性能

• 工作频率为600kHz，环路带宽在 (I_{OUT}=2.1A) 时为10kHz，相位裕度为76°。
• 输出纹波电压在 (I{OUT}=2.1A) 时为20mVpp，在输入电压 (V{IN}=4.2V)、输出电流 (I_{OUT}=700mA) 时，最大效率可达92.5%。

三、模块修改

1. 输出电压设定

通过R1和R2组成的电阻分压器网络来设定输出电压。固定R2为10kΩ左右，可通过改变R1的值来改变EVM的输出电压，计算公式为 (R1 = R2×(frac{V{OUT}}{1.229V}-1)) 。需注意输入电压 (V{IN}) 要使导通时间大于最小可控导通时间（典型值77ns），且最大占空比小于89%（最小值）和93%（典型值）。

2. 最大输出电流

调整输入或输出电压设置后，需根据数据手册（SLVSBX8）中的公式验证最大输出电流。

3. 慢启动时间

通过改变电容C3的值来调整慢启动时间。EVM推荐使用 (C3 = 0.047µF) ，可避免启动时出现过冲。电容值越大，慢启动时间越长；电容值越小，慢启动时间越短。

4. 其他修改

在改变开关频率、输入/输出电压范围、输入电感、输出电容或补偿时，需参考数据手册的建议和公式。

四、测试设置与结果

1. 输入/输出连接

EVM配备了输入和输出连接器及测试点。通过一对20 - AWG电线将能够提供5A电流的电源连接到J6，JP1的跳线需置于ON位置（1 - 2）。通过一对20 - AWG电线将负载连接到J7，负载的最大电流能力至少为2.1A。同时，要尽量减小电线长度以降低线路损耗。

2. 效率

EVM的效率在不同输入电压下有所不同。在2.9V输入时，负载电流约为400mA时效率达到峰值；在4.2V输入时，负载电流约为700mA时效率达到峰值，之后随着负载电流接近满载而降低。较高的环境温度可能会因内部MOSFET的漏源电阻随温度变化而导致效率降低。

3. 输出电压调节

• 负载调节：在环境温度为25°C时，输出电压的负载调节率表现良好。
• 线路调节：在2.4Ω（2.1A）负载下，输入电压变化时，输出电压的线路调节率也能保持在一定范围内。

4. 负载瞬态响应

当输入电压为3.6V，负载电流从最大额定负载的25%阶跃到75%时，EVM能做出相应响应，总峰 - 峰电压变化包括输出纹波和噪声。

5. 环路特性

在输入电压 (V{IN}=3.6V) 、负载电流 (I{OUT}=2.1A) 时，可得到EVM的环路响应特性，包括增益和相位曲线。

6. 输出电压纹波

在额定满载2.1A、输入电压 (V_{IN}=3.6V) 时，可测量输出电压纹波和电感电流纹波。在不连续导通模式（DCM）下，也能观察到相应的输出电压纹波、电感电流纹波和开关波形。

7. 脉冲跳过操作

TPS55330在轻载运行时具有脉冲跳过功能以进行输出调节。

8. 输入电压纹波

在额定满载2.1A、输入电压 (V{IN}=3.6V) 以及DCM模式下100mA负载、输入电压 (V{IN}=3.6V) 时，可测量输入电压纹波。

9. 启动和关闭

• 通过EN控制：输入电压为3.6V时，EN信号变高，输出电压从 (V{IN}) 上升到5V；EN信号变低，输出电压从5V下降到 (V{IN}) 。
• 通过 (V_{IN}) 控制：输入电压上升时，转换器开始切换，输出电压上升到5V；输入电压下降且低于典型的2.5V欠压锁定（UVLO）时，转换器停止切换，输出电压下降。

五、电路板布局

1. 布局特点

EVM的电路板布局中，顶层、底层和内层均采用2 - oz铜。顶层包含 (V{IN})、(V{OUT}) 和SW的主要功率走线，还包括TPS55330其余引脚的连接以及大面积的接地。内层和底层主要是接地层，还有 (V{IN}) 和 (V{OUT}) 的填充区域。顶层接地走线通过多个过孔与底层和内层接地平面相连，TPS55330器件正下方的九个过孔提供了从顶层接地平面到底层接地平面的热路径。

2. 元件布局要求

输出去耦电容（C8 - C11）应尽可能靠近IC放置；SW节点的铜面积应保持较小以减少噪声；(V{OUT}) 平面上靠近二极管D1的过孔有助于散热；电压设定点电阻分压器组件应靠近IC，电压分压器网络连接到调节点的输出电压，即J7输出连接器处的铜 (V{OUT}) 走线。

六、原理图和物料清单

1. 原理图

提供了EVM的详细原理图，展示了各元件之间的连接关系。

2. 物料清单

列出了EVM所需的所有元件，包括电容、电阻、二极管、电感、连接器等，以及它们的数量、值、描述、尺寸、型号和制造商等信息。

七、使用注意事项

1. 安全责任

用户需自行承担EVM的正确安全处理责任，并对TI因使用该设备而产生的所有索赔进行赔偿。

2. 保修政策

若评估板不符合用户指南中的规格，可在交付日期起30天内退还以获得全额退款。TI的有限保修是唯一的保修，替代所有其他明示、暗示或法定保修。

3. 法规合规

EVM可能受FCC和Industry Canada规则的约束，不同情况有不同的使用限制和要求。在日本使用RF产品的EVM时，需遵守相关无线电法规定。

4. 应用限制

该EVM仅用于实验室/开发环境的初步可行性评估，不适合作为成品供消费者使用。用户需确保产品符合相关法规和安全标准，承担使用过程中的所有责任和风险。

作为电子工程师，在使用TPS55330EVM - 017评估模块时，我们需要深入理解其性能特点、修改方法和测试结果，严格遵守使用注意事项，这样才能更好地发挥该模块的作用，为实际项目的开发提供有力支持。大家在实际应用中有没有遇到过类似模块使用的问题呢？欢迎在评论区交流分享。