探索TPL7407L 7通道继电器和电感负载灌电流驱动器EVM

在硬件设计领域，评估模块（EVM）是工程师们验证和测试集成电路性能的重要工具。今天我们就来详细了解一下德州仪器（TI）的TPL7407L 7通道继电器和电感负载灌电流驱动器EVM。

文件下载：TPL7407LEVM.pdf

一、EVM概述

TPL7407L EVM是一款7通道继电器和电感负载灌电流驱动器评估模块，它主要用于展示德州仪器的TPL7407LDR集成电路。TPL7407LDR是一款高性能的外设驱动器，能够驱动多种类型的负载，如继电器、步进电机、灯具和发光二极管等。

1.1 主要特点

• 输入控制：配备七个编号的按钮，可用于设备测试的输入控制。
• 状态指示：七个编号的发光二极管可指示继电器触点的闭合状态。
• 接口丰富：有三个0.1英寸间距的引脚连接器端口，可访问所有输入引脚、输出引脚和继电器触点。
• 可扩展性：电路板上每个通道有三个开放位置，方便用户添加自定义组件。
• 负载灵活：板载继电器负载可通过移除表面贴装的0Ω电阻来断开。
• 散热设计：有较大的设备间隙区域，允许使用小尺寸的温度强制设备。

1.2 规格参数

关键参数	详情
输入电源电压	0V – 5.5V
继电器电源电压	8.5V – 24V
输出电流	0mA to 500mA
通道数量	7
板载负载	七个欧姆龙G5NB继电器

欧姆龙G5NB继电器的具体规格如下：

• 标称线圈电阻为2,880Ω，标称线圈电流为8.3mA，标称线圈电压为24V。
• 吸合电压 < 标称值的75%，释放电压 > 标称值的10%，最大线圈电压为标称值的180%。

需要注意的是，施加超过上述限制的电压可能会对硬件造成永久性损坏。

二、快速设置指南

2.1 静电放电警告

TPL7407L EVM上的许多组件容易受到静电放电（ESD）的损坏。因此，在 unpacking 和处理EVM时，建议用户采取适当的ESD防护措施，例如在经过认证的ESD工作站使用接地腕带。

2.2 开箱检查

打开TPL7407L EVM包装后，需要确保以下物品齐全：

• 1块使用TPL7407LDR的TPL7407L EVM板。
• 3个八针绝缘位移连接器，可接受AWG 22绝缘电线。

2.3 电源设置

需要一个能够提供500mA电流、电压范围在8.5V - 24V的电源。将电源正极连接到TB1-1的“输入电源”和TB1-4的“继电器电源”，负极连接到TB1-2或TB1-3的任意一个接地端。正确连接电源非常重要，因为电源极性接反会损坏EVM。

打开电源后，EVM的发光二极管（LED）应该熄灭，且电源不应有电流流出。当所有七个通道都关闭时，TPL7407L不消耗功率。

2.4 功能测试

依次按下标记为IN1到IN7的按钮，按下时，相应的继电器会发出“咔哒”声，触点闭合，LED点亮；释放按钮，相应的继电器触点断开，LED熄灭。如果所有七个按钮都能按上述方式正常操作，则TPL7407L EVM通过功能测试。

三、EVM理论与操作

3.1 单通道原理图

TPL7407L EVM的七个驱动通道是相同的，其单通道原理图具有代表性。该EVM设计接受TB1-1上电压范围为1.8V - 5.5V的“输入电源”和TB1-4上电压范围理想设定为24V ±10%（最低8.5V，最高40V）的“继电器电源”。

3.2 工作原理

• 无按钮按下时：TPL7407L的输入为开路，内部电阻确保输入电压为零。输入为低电平时，TPL7407L的输出引脚处于高阻抗状态，继电器线圈中无电流流动，继电器触点不闭合，J3 - 触点引脚1到7的电压通过PCB上的10kΩ电阻被拉至继电器电源电压。
• 按下按钮时：按下标记为IN1到IN7的输入按钮，会将TB1 - 1上的输入电源电压施加到TPL7407L的相应输入引脚。TPL7407L输入引脚的内部电阻会根据输入电压吸取小电流，标称电流为输入电压除以1MΩ（即1µA/V）。TPL7407L内部的NMOS开关导通，为输出到地提供低电阻路径，电流从继电器电源通过G5NB继电器线圈、TPL7407L输出开关流到地，再回到继电器电源返回端，继电器线圈电流使继电器触点闭合，相应的J3“触点”引脚接地，同时点亮对应的LED。
• 释放按钮时：释放输入按钮，TPL7407L相应输入引脚的输入电压消失，内部电阻使输入电压降为零，NMOS开关断开，切断继电器线圈的电流路径。由于线圈是电感，电流不能瞬间变化，线圈电压极性改变，导致TPL7407L输出电压高于继电器电源电压，此时TPL7407L内部的二极管正向偏置，将电流返回至继电器电源，直到线圈存储的能量耗尽。继电器触点断开，J3 - 触点引脚的短路解除，引脚电压回升到继电器电源电压，LED电路断开，LED熄灭。

3.3 接口与组件

• 输出接口：输出引脚的电压可在J2 - 输出连接器引脚1 - 7上获取，引脚8连接到TPL7407L的COM引脚和TB1引脚4上的继电器电源电压。J2 - 输出连接器可用于测量输出电压，也可用于向TPL7407L输出引脚添加额外负载，J2 - 输出连接器与TPL7407L之间的串联电阻约为20mΩ。
• 输入接口：输入引脚的电压可在J1 - 输入连接器引脚1 - 7上获取，引脚8连接到TPL7407L的GND引脚和TB1引脚2 & 3上的地电压。J1 - 输入连接器可用于测量输入电压，也可用于向TPL7407L输入引脚注入外部信号。
• 自定义组件：每个通道可根据需要添加三个用户自定义组件，所有三个电路板焊盘均为SMD 0603尺寸。第一个位置（R1到R7）允许从每个输入到地添加电阻；第二个（R21到R27）和第三个位置（C21到C27）相互串联，并与G5NB继电器线圈并联。
• 电源端子：端子块TB1为输入按钮和继电器线圈提供电源。当使用J1 - 输入连接器直接控制输入时，可断开TB1引脚1上的输入源。

四、性能测试

4.1 测试准备

TPL7407L的输出引脚16到10连接到继电器RL1到RL7和J2 - 输出端口引脚1 - 7（引脚8是继电器线圈电源检测），TPL7407L的COM引脚（引脚9）连接到TB1上的继电器电源。输入可通过J1 - 输入端口由外部测试设备完全控制，输出可通过J2 - 输出端口由外部测试设备测量。如果继电器电源电压或TPL7407L COM引脚电压超过40V或需要完全外部控制，则应通过移除标记为R41到R47的零欧姆电阻来断开继电器线圈。

4.2 各参数测试

输入参数

• VI(on)和VI(off)通道1测试：扫描J1 - 1上的输入电压，将输出J2 - 1和继电器电源设置为24V，测量J2 - 1上的输出电流。需要注意的是，J2 - 1上的电压与继电器电源（TB1 - 4）之间的差异会影响标准板低电流测量的准确性。
• II(on)通道1测试：输入电流仅与输入电压有关，输出负载阻抗和端接电压对结果无影响。扫描J1 - 1上的输入电压，测量J1 - 1上的输入电流，可选地将继电器电源连接到24V。
• II(off)通道1测试：输入电压为零时，输入电流非常低，建议使用皮安计进行测量。标准板设置为将J1 - 1上的输入电压设置为0V，测量J1 - 1上的输入电流；修改板设置为扫描J1 - 1上的CH1电压，将输出J2 - 1和继电器电源设置为24V，测量J1 - 1上的电流，皮安计的返回线必须处于板地电位。

输出参数

• VOL通道1测试：该参数在原TPL7407L器件上称为集电极 - 发射极饱和电压，数据手册规定输入电压范围为1.8V - 5V。扫描J2 - 1上的输出电流，在J1 - 1上设置所需的输入电压（1.8V - 5V及其他电压），断开TB1 - 4上的继电器电源，测量J2 - 1上的输出电压（建议在J2 - 1和地之间采用开尔文连接以获得准确结果）。
• IOUT(on)通道1测试：扫描J1 - 1上的输入电压，将J2 - 1上的输出电压设置为0.4V，断开TB1 - 4上的继电器电源，测量J2 - 1上的输出电流（建议在J2 - 1和地之间进行感测连接，以确保EVM上的电压保持在0.4V，不受电线和电流表线路损耗的影响）。

开关参数

• (t_{PHL}) 3.3V 50Ω通道1测试：TPL7407L和TPL7407L EVM主要设计用于驱动响应较慢的负载，但其上升/下降时间和传播延迟较短。因此，线路端接和短导线对于信号质量很重要。使用50欧姆电缆“T”在J1 - 输入连接器3cm内进行分支，并在示波器上设置为50欧姆输入阻抗进行端接，此输入用作示波器触发。使用本地接地的10X示波器探头测量输入信号和J2 - 1上的输出，在输出（J2 - 1）和继电器电源（J2 - 8）之间连接一个50Ω的上拉电阻，设置示波器触发为上升沿，脉冲发生器为10%占空比、100kHz、3.3V逻辑电平信号。
• (t_{PLH}) 3.3V 50Ω通道1测试：与(t_{PHL})测试类似，只是设置示波器触发为下降沿。

其他参数

• (R_{IN})通道1测试：计算直流输入电阻(R_{IN})的数据在II(on)测试期间记录，输入电阻简单地等于输入电压除以输入电流。
• 自由 - 续流二极管参数VF通道1测试：扫描J2 - 1上的输出电流，将继电器电源电压设置为0V。在标准板上，X轴（输出电流）需要补偿线圈电流，实际二极管电流约为X - VF/2,880Ω，测量J2 - 1上的输出电流（建议在J2 - 1和继电器电源之间采用开尔文连接以获得准确结果）。

五、重要注意事项

5.1 产品用途

该评估板/套件仅用于工程开发、演示或评估目的，并非最终的消费级成品。处理该产品的人员必须具备电子技术培训，并遵守良好的工程实践标准。

5.2 合规性

该评估板/套件不属于欧盟关于电磁兼容性、限制物质（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL的指令范围，因此可能不符合这些指令或其他相关指令的技术要求。

5.3 操作限制

• 必须在指定的输入电压范围和输出电压范围内操作EVM，超过指定输入范围可能导致意外操作和/或对EVM造成不可逆转的损坏；连接超出指定输出范围的负载可能导致意外操作和/或对EVM造成永久性损坏。
• 正常运行期间，某些电路组件的外壳温度可能会高于正常范围，只要保持输入和输出范围，EVM设计可确保某些组件在高温下正常工作，但在操作过程中放置测量探头靠近这些设备时，要注意它们可能会很烫。

5.4 责任声明

用户需承担正确和安全处理产品的全部责任和义务，并对TI因产品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。

通过对TPL7407L 7通道继电器和电感负载灌电流驱动器EVM的详细了解，我们可以看到它为工程师们提供了一个全面且灵活的测试平台。在实际应用中，你是否遇到过类似评估模块的使用问题呢？又有哪些独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享你的经验。