TPS65301EVM 评估模块使用指南：从入门到精通

在电子设计领域，电源管理芯片的性能和稳定性至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的 TPS65301EVM 评估模块为工程师提供了一个便捷的平台，用于评估 TPS65301 电源管理 IC 在安全应用中的性能。本文将详细介绍该评估模块的使用方法，帮助工程师更好地了解和应用这一强大的工具。

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一、概述

TPS65301EVM 评估模块旨在评估 TPS65301 电源管理 IC 在安全应用中的操作和性能。该模块包含 TPS65301 器件以及一些基本操作所需的电路。其主要器件为 TPS65301QPWPRQ1，采用 PWP - 24 封装。

二、模块设置

2.1 输入输出连接器

评估模块上的连接器具有不同的功能，如下表所示：	连接器	IN/OUT	名称	描述
J1	Output	VREG	TPS65301 开关模式转换器的输出端子
J2	Input	VBAT	设备的电源输入端子
J3	Input	IGN	启用 TPS65301 的输入端子
J4	Output	3.3V	TPS65301 3.3 - V 线性稳压器的输出端子
J5	Output	1.2V	TPS65301 1.2 - V 线性稳压器的输出端子
JP6	Output	5VS	TPS65301 5 - V 线性稳压器的输出端子

2.2 电源供应

转换器的输入电压范围为 (VBAT = 5.6) 至 40 V，通过 J2 提供电源。各输出电压的具体参数如下表：	名称	IN/OUT	连接器	引脚	GND	最小值	典型值	最大值	单位
VBAT	Input	J2	2, 4	12	5.6	13.8	40	V
VREG	Output	J1	22	12	5.3	5.45	5.6	V
3.3V	Output	J4	18	12	3.234	3.3	3.366	V
1.2V	Output	J5	16	12	1.176	1.2	1.224	V
5V	Output	5V	10	12	4.9	5	5.1	V
5VS	Output	J6	7	12	4.9	5	5.1	V

2.3 跳线设置

为了确保 TPS65301 设备的正常运行，跳线必须正确配置。以下是推荐的跳线设置：	J	描述	选项	标准
IGN	当 IGN = High（跳线设置）时，设备启动。	开路则关闭设备	设置
EN	此跳线可在点火关闭（IGN = low）后保持设备输出激活。但初始启动需要 IGN 为高电平。在初始启动前，EN 跳线无影响。注意，与 IGN 不同，EN 引脚是逻辑电平输入，最大输入电压不得超过 5.25 V。	开路允许通过 IGN 关闭设备	设置
3.3VPWR	此跳线从降压调节器 VREG 为 3.3 - V 稳压器供电。		设置
1.2VPWR	此跳线从降压调节器 VREG 为 1.2 - V 稳压器供电。		设置
J6	此跳线从 3.3 - V 稳压器为 1.2 - V 稳压器供电。		开路

2.4 测试点

评估模块上设置了多个测试点，用于测量电路板上的不同节点，如下表：	测试点	描述
VBAT	电源输入
VIN_D, VIN	反向电池保护二极管后的电源输入
IGN	点火。此测试点监测 IGN 输入是否为高电平，以启动设备
IGN_EN	点火使能（串联电阻后的 IGN）
BOOT_LDO	内部稳压器的电压，为飞跨启动电容充电供电
VREG	开关模式转换器的稳压输出，提供 5.45 V
DELAY	复位延迟输入
SS	软启动时间输入
EN	使能引脚。当 EN 为高电平时，设备在 IGN 变为低电平后仍保持激活
GND (×7)	接地
PH	开关节点，内部开关 FET 的源极
nRST	开关器的复位输出，在 VREG 以及 3.3 - V 和 1.2 - V 稳压器输出稳定且延迟定时器到期后，该输出为高电平
3.3V	3.3 - V 线性稳压器输出
3.3V DRIVE	外部 3.3 - V 稳压器双极晶体管的驱动基极
1.2V	1.2 - V 线性稳压器输出
1.2V DRIVE	外部 1.2 - V 稳压器双极晶体管的驱动基极
VSENSE	VREG 电压模式控制误差放大器的反相节点
IGN_ST	点火输入指示器，当点火输入为高电平时，该指示器为高电平
5V	5 - V 线性稳压器的输出。由于该输出没有提供螺丝端子，使用此测试点连接负载
5VS	5 - V 传感器线性稳压器的输出。由于该输出没有提供螺丝端子，使用此测试点连接负载

三、各输出电路分析

3.1 开关模式输出 5.45 V

VREG 电压调节器由 VBAT 供电。多个阻塞电容（如 C4 和 C14）连接在 VBAT 和 GND 之间，有助于稳定电源电压。对于长供电电缆，额外的大电容会很有帮助。节点 PH 是降压转换器的开关节点，L1 是连接到 PH 和 VREG 的电感器，二极管 D1 是续流二极管，用于在设备内部高端晶体管关闭时允许电流流动。C1 和 C2 是 VREG 调节器的输出电容。VREG 引脚是用于闭合 VREG 调节器控制回路的反馈线，也是内部使用以及 5 - V 和 5 - VS 稳压器的供电节点。输出电压 VREG 可在 J1 处获得。

3.2 5V（5 - V 线性稳压器）

5V 是一个固定调节输出，在温度和输入电源变化时，输出电压为 5 - V ±2%，采用精密电压感测电阻网络。为了实现环路稳定，需要一个低 ESR 陶瓷电容，并且该电容必须靠近 IC 引脚放置。此输出通过折返电流限制防止接地短路，以确保安全操作条件，并通过电流限制来限制由于输出电容电荷耗尽引起的浪涌电流。在初始 IGN_EN 或 EN 电源循环时，该稳压器的软启动电路启动，软启动通常需要 13 ms。为了确保在负载瞬变期间输出不低于所需的调节规格，可能需要更大的输出电容。

3.3 3.3V 线性稳压器控制器（3.3 - VSENSE）

线性稳压器控制器需要一个具有足够增益级的外部 NPN 双极型传输晶体管来支持所需的最大负载电流。基极驱动输出电流通过限制源极和漏极驱动电路的电流来保护。3.3VSENSE 是 REG3 电源输出的远程感测输入，并相应地控制 3.3VDRIVE 输出。该稳压器使用精密电压感测电阻网络固定在 3.3 V，公差为 ±2%。使用低 ESR 陶瓷输出电容进行调节器的环路补偿。当该引脚的电压低于调节值的约 50% 时，会启动 3.3VDRIVE 输出的电流限制。为了支持负载瞬变，该输出可能需要更大的输出电容，以确保输出不低于 3.3 V 的 90%。

3.4 1.2V 线性稳压器控制器（1.2 - VSENSE）

与 3.3V 线性稳压器控制器类似，1.2V 线性稳压器控制器也需要一个具有足够增益级的外部 NPN 双极型传输晶体管来支持最大负载电流。1.2VSENSE 是 1.2 - V 电源输出的远程感测输入，并相应地控制 1.2VDRIVE 输出。该调节器输出为 1.2 V，公差为 ±2%，采用精密电压感测电阻网络。使用低 ESR 陶瓷输出电容进行环路补偿。当该引脚的电压低于调节值的约 50% 时，会启动 1.2VDRIVE 输出的电流限制。为了支持负载瞬变，输出可能需要更大的输出电容，以确保输出不低于 1.2 V 的 90%。

3.5 5VS（受保护的传感器电源线性稳压器）

5VS 是一个固定调节输出，在温度和输入电源变化时，输出电压为 5 - V ±2%，采用精密电压感测电阻网络。为了实现环路稳定，需要一个低 ESR 陶瓷电容，并且该电容必须靠近 IC 引脚放置。此输出通过折返电流限制防止接地短路，以确保安全操作条件，并通过电流限制来限制由于输出电容电荷耗尽引起的浪涌电流。此外，该输出还通过限制反向电流来防止与电池电压短路，因此该电源用于为电气控制单元（ECU）外部的传感器供电。在初始 IGN_EN 或 EN 电源循环时，该稳压器的软启动电路启动，软启动通常需要 10 ms。为了确保在负载瞬变期间输出不低于所需的调节规格，可能需要更大的输出电容。

四、PCB 设计与物料清单

4.1 PCB 设计

评估模块的 PCB 尺寸为 52.96 × 50.80 × 1.5 mm，采用 2 - oz 铜层，分别位于电路板的顶部和底部，以帮助散热。尽管 TPS65301 转换器效率较高，但仍会产生热量，因此 PowerPAD™ 封装提供了一个外露的散热垫，必须将其焊接到 PCB 上的铜焊盘上，以实现最佳性能。

4.2 物料清单

评估模块的物料清单包含了各种电子元件，如电容、二极管、电阻、电感、晶体管等。以下是部分物料的详细信息：	设计代号	数量	描述	制造商	零件编号
PCB	1	尺寸 52.96 × 50.80 × 1.5 mm	任意	HVL057
C1	1	电容器，SMT，1210，陶瓷，100 µF，16V，20%，X5R	TAIYO YUDEN	EMK325ABJ107MM
D1, D2	2	二极管，肖特基，7 A，60 V	DIODES INC	PDS760 - 13
J1, J2, J3, J4, J5, J6	6	TBLK_6A_2x3.5mm_Terminal，2 引脚，6 A，3.5 mm	OnShore technology Inc.	ED555/2DS
L1	1	电感器 10 µH 11.2 A 0.0172 Ω	Coiltronics	DR127 - 100 - R
Q1, Q2	2	20 V，5.8 A NPN 低 VCEsat（BISS）晶体管	NXP	PBSS302NZ
R1, R2	2	电阻器，SMT，0603，1%，1/10 W，30.1K	VISHAY	CRCW06033012F
U1	1	DUT，SMT，PWP，R - PDSO - G24，0.65 mm LS，7.9 × 6.6 × 1.2 mm，散热垫	TI	TPS65301QPWPRQ1

五、使用注意事项

5.1 适用范围

该评估模块仅用于实验室/开发环境中的初步可行性评估，并非成品电气设备，不适合消费者使用。只有熟悉电气机械组件、系统和子系统操作风险的技术合格电子专家才能使用。

5.2 责任与风险

用户需承担使用该评估模块的全部责任和风险，包括确保产品符合所有相关法律法规和监管要求，以及保证自身和相关人员的安全。同时，用户需自行负责评估模块电子组件和包装材料的正确处理和回收。

5.3 操作规范

必须在德州仪器推荐的规格和环境条件下操作评估模块，超过指定的额定值（如输入和输出电压、电流、功率和环境范围）可能导致财产损失、人身伤害或死亡。在连接接口电子设备（包括输入电源和预期负载）之前，如有关于额定值的疑问，应联系德州仪器的现场代表。此外，正常运行时，一些电路组件的外壳温度可能会超过 60°C，操作时需注意避免烫伤。

5.4 法规合规

该评估模块可能受美国联邦通信委员会（FCC）和加拿大工业部（IC）规则的约束。对于不受上述规则约束的评估模块，仅用于工程开发、演示或评估目的，不被视为适合一般消费者使用的成品。如果设备产生射频干扰，用户需自行承担纠正干扰的费用。

5.5 日本地区使用注意事项

在日本使用该开发套件时，必须遵守日本电波法的相关规定，如在屏蔽室或指定的测试设施中使用，或获得实验电台许可证或技术法规合规认证。否则，可能会受到日本电波法的处罚。

六、总结

TPS65301EVM 评估模块为工程师提供了一个全面的平台，用于评估 TPS65301 电源管理 IC 的性能。通过正确设置跳线、理解各输出电路的工作原理以及遵守使用注意事项，工程师可以充分发挥该评估模块的优势，为安全应用的电源设计提供有力支持。在实际使用过程中，你是否遇到过类似评估模块的其他问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。