探索TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692及TPS84621EVM - 692评估模块

引言

在电源设计领域，高效、紧凑且功能丰富的电源解决方案一直是工程师们追求的目标。德州仪器（Texas Instruments）的TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692和TPS84621EVM - 692集成电源解决方案评估模块，为我们提供了一个很好的测试和验证平台。今天，我们就来深入了解一下这些评估模块。

文件下载：TPS84320EVM-692.pdf

模块概述

功能特点

这些评估模块基于TPS84620/621/320调节器设计，具有以下显著特点：

1. 集成度高：提供完整的集成电源解决方案，允许小尺寸、低轮廓设计，能有效节省电路板空间。
2. 效率高：效率最高可达96%，能有效降低功耗，提高能源利用率。
3. 输出电压调节范围广：输出电压可在1.2V至5.5V之间调节，参考精度为1%，能满足多种不同的应用需求。
4. 开关频率可调：可根据具体应用场景调整开关频率，优化电源性能。

应用场景

这些评估模块适用于多个领域，包括：

1. 宽带和通信基础设施：为通信设备提供稳定的电源支持。
2. 自动化测试和医疗设备：满足设备对电源稳定性和精度的要求。
3. Compact PCI/PCI Express/PXI Express：为相关接口设备提供合适的电源。
4. DSP和FPGA负载点应用：为数字信号处理和现场可编程门阵列提供可靠的电源供应。

背景信息

评估模块旨在展示使用TPS84320/620/621调节器设计时可实现的小印刷电路板面积。默认输出电压为3.3V，开关频率为630kHz。高侧和低侧MOSFET与栅极驱动电路集成在TPS84320/620/621封装内，MOSFET的低漏源导通电阻使模块能够实现高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。补偿组件内置于芯片中，通过外部电阻和跳线可实现输出电压和频率的调节。此外，模块还提供可调的慢启动、跟踪和欠压锁定输入功能。评估模块的绝对最大输入电压为15V。

各评估模块的输入电压和输出电流范围如下表所示：	EVM	输入电压范围	输出电流范围
TPS84320EVM - 692	PVIN = VIN = 8V至14.5V	0A至6A
TPS84620EVM - 692	PVIN = VIN = 4.5V至14.5V	0A至3A
TPS84621EVM - 692	PVIN = VIN = 8V至14.5V	0A至6A

电气特性

以TPS84620EVM - 692为例，在输入电压为12V、输出电压为3.3V、环境温度为25°C的条件下，其性能规格如下：

1. 输出电压：在8V ≤ PVIN = VIN ≤ 14.5V、ILOAD ≤ ILOAD (max)的条件下，不同输出电压的范围有所不同，如5V时为4.925 - 5.075V，3.3V时为3.250 - 3.350V等。
2. 输出电流：最大可达6A。
3. 输出纹波电压：在PVIN = VIN = 12V、ILOAD = 6A时，不同输出电压下的纹波电压峰值 - 峰值为12mV。
4. 开关频率：在PVIN = VIN = 12V、ILOAD = 6A时，不同输出电压对应不同的开关频率，如3.3V时为780kHz等。
5. 效率：在不同输入电压、输出电压和负载条件下，效率有所不同，最高可达91%。
6. 线路调节：±0.1%。
7. 负载调节：±0.1%。
8. 负载瞬态偏差：在1A/µs负载阶跃、50%至100% ILOAD时为60mV。
9. 负载瞬态恢复时间：在1A/µs负载阶跃、50%至100% ILOAD时为80µs。
10. 工作温度： - 40°C至85°C。
11. 慢启动时间：4ms。
12. 跟踪范围：0至1.2V、0至1.8V、0至5V。
13. 同步范围：480 - 780kHz。

模块修改

这些评估模块允许进行一些修改以满足不同的应用需求：

1. 输出电压设定点：可在J4处选择输出电压。若需要不同的电压，可更改RSET电阻（R2至R6和R8中的任意一个）的值，具体值可参考组件数据手册。当J4上的所有跳线都打开时，将选择组件的默认输出电压，TPS84620无默认电压，TPS84320为0.8V，TPS84621为0.6V。
2. 频率选择：开关频率可在J11处选择，不同评估模块有不同的选择选项，如TPS84620EVM - 692的最小频率为480kHz，最大频率为780kHz等。
3. 慢启动时间：可通过更改C8的值来调整慢启动时间，评估模块默认慢启动时间为2.8ms（C8 = 4700pF且J10安装）。
4. 跟踪输入：TPS84320/620/621在启动时可跟踪外部电压，J6连接器用于连接外部电压，可使用J5提供的电阻分压器实现比例或同步跟踪。
5. 可调欠压锁定（UVLO）：可根据数据手册中的说明调整欠压锁定，评估模块通过提供的电阻分压器和J8提供两个可选的UVLO设定点，J9提供禁止输入。
6. 输入电压轨：评估模块设计为适应功率级和控制逻辑的不同输入电压水平。正常运行时，PVIN和VIN输入通过J3引脚2和3上的跳线连接（VIN = PVIN位置），单输入电压在J1处提供。若需要，可将J3跳线移至引脚1和2（VIN = VBIAS位置），此时需在J1和J2处提供双输入电压。

测试设置

输入/输出连接

TPS84x2xEVM - 692提供了输入/输出连接器和测试点，具体如下：

1. 需将能够提供4A电流的电源通过一对20AWG电线连接到J1，J3上的跳线必须就位。对于分离输入电压轨操作，请参考第4.6节。
2. 负载必须通过一对20AWG电线连接到J7，最大负载电流能力必须为6A，应尽量减小电线长度以减少电线中的损耗。
3. 测试点TP1用于监测VIN输入电压，TP2提供方便的接地参考；TP4用于监测输出电压，TP12作为接地参考。

连接器和测试点说明

REF DES	LABEL	DESCRIPTION
J1	PVIN	主VIN连接器
J2	VBIAS	VBIAS输入电压输入连接器
J3	VIN	用于将VIN连接到PVIN的跳线，评估模块默认设置将VIN连接到PVIN
J7	VOUT	VOUT连接器
J4	VADJ	VOUT选择，默认VOUT为3.3V
J11	FREQ	开关频率选择，默认频率为630kHz
J6	TR_IN	TRACK IN连接器，J5提供两个分压器设置
J5	SS_TR	跟踪电压选择跳线，与J6一起使用
J9	INH_UVLO	启用跳线，安装分流器以禁止电源
J8	INH_UVLO	选择电源开启的UVLO，默认设置为8V UVLO
J10	STSEL	内部慢启动选择跳线，安装分流器以实现内部慢启动
TP1	PVIN	PVIN电路点
TP3	VBIAS	VBIAS电路点
TP6	VIN	VIN电路点
TP4	VOUT	VOUT电路点
TP2, TP12	GND	电源接地
TP15	AGND	模拟接地
TP7	TR_IN	跟踪输入
TP8	SS_TR	分压器后的跟踪输入
TP9	PWRGD	电源良好状态
TP14	RT/CLK	SYNC输入
TP10	COMP	误差放大器输出
TP13	PH	开关节点
TP11	INH_UVLO	禁止和UVLO输入
TP5	SENSE+	VOUT远程感测节点连接到J7引脚2，可用于测量环路响应，同时将R1更改为49.9Ω

典型性能数据

效率相关

通过一系列图表展示了TPS84620EVM - 692的效率特性，包括效率与输入电压、轻载效率与输入电压、效率与输出电压/频率等关系。例如，在不同输入电压和输出电压、频率条件下，效率有所不同，最高可达91%。这些数据有助于工程师了解模块在不同工作条件下的效率表现，从而优化电源设计。

电压调节

包括输出电压负载调节和线路调节。负载调节展示了输出电压随负载变化的情况，线路调节展示了输出电压随输入电压变化的情况。在25°C条件下，负载调节和线路调节的范围均为±0.1%，这表明模块在不同负载和输入电压下能保持较好的电压稳定性。

负载瞬态响应

展示了TPS84620EVM - 692对负载瞬态的响应，如在12V输入、电流从1.5A到4.5A阶跃时的输出电压变化情况，包括总峰 - 峰电压变化，有助于评估模块在负载突变时的稳定性和响应速度。

环路响应

TPS84620EVM - 692的环路响应显示，其单位增益带宽为50kHz，相位裕度为70度，增益裕度为19dB，增益斜率为 - 1，这些参数反映了模块的控制性能和稳定性。

电压纹波

展示了模块在12V输入、6A输出负载时的输出电压纹波和输入电压纹波情况，有助于评估模块的电源质量。

启动波形

展示了TPS84620EVM - 692在PVIN上升时的启动波形，输出在PVIN达到8V的上升UVLO时开始上升，J9可在PVIN存在时禁止VOUT，这对于了解模块的启动过程和控制逻辑很有帮助。

电路板布局与组装

布局

TPS84x2xEVM - 692的电路板布局采用了典型的用户应用方式，顶层、底层和内部层均为2 - oz铜。布局遵循以下基本准则：

1. 输入电容应靠近PVIN和PGND端子放置，以减少输入电压的波动。
2. 输出电容应靠近VO和PGND端子放置，以提高输出电压的稳定性。
3. AGND是模拟控制电路的0Vdc参考，应在单点连接到PGND，AGND端子45用于从设备散热，必须通过多个过孔连接到AGND平面。
4. SENSE + 引脚提供设备的远程感测功能，应在负载附近连接到VO。
5. 模拟控制引脚（VADJ、RT/CLK、INH/UVLO、STSEL和SS/TR）应使用推荐的电路组件连接到AGND。

估计电路面积

该设计中使用的组件估计印刷电路板面积为0.55 in²（354 mm²），此面积不包括测试点或连接器。

材料清单

文档提供了TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692和TPS84621EVM - 692的材料清单，包括电容、电阻、二极管、连接器、测试点等组件的详细信息，如型号、制造商等。这对于工程师进行模块的组装和维护非常有帮助。

重要注意事项

评估板使用限制

这些评估板仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适合一般消费者使用的成品。处理产品的人员必须具备电子培训并遵守良好的工程实践标准。评估板不满足欧盟关于电磁兼容性、限制物质（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL等指令的要求，可能不符合这些指令或其他相关指令的技术要求。

保修和责任

如果评估板不符合用户指南中规定的规格，可在交付日期起30天内退还以获得全额退款。用户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。TI对应用协助、客户产品设计、软件性能或专利侵权等不承担责任。

安全警告

1. 应在4.5V至14.5V的输入电压范围和1.2V至5V的输出电压范围内操作评估板，超出指定输入范围可能导致意外操作和/或对评估板造成不可逆转的损坏。
2. 施加超出指定输出范围的负载可能导致意外操作和/或对评估板造成永久性损坏。
3. 在正常运行期间，一些电路组件的外壳温度可能高于55°C，评估板设计为在某些组件高于60°C的情况下仍能正常工作，但在操作过程中将测量探头靠近这些设备时，应注意它们可能会很烫。

总之，TPS84320EVM - 692、TPS84620EVM - 692和TPS84621EVM - 692评估模块为电源设计工程师提供了一个功能强大、灵活且易于测试的平台。通过对这些模块的深入了解和合理使用，工程师们可以更好地设计出满足不同应用需求的电源解决方案。你在使用这些评估模块的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。