TPS1641评估模块：开启40V、1.8A电子保险丝评估新体验

在电子设备的设计与开发中，电子保险丝（eFuse）起着至关重要的作用，它能够为电路提供过流、过压等保护，确保设备的安全稳定运行。今天，我们就来详细了解一下德州仪器（Texas Instruments）推出的TPS1641评估模块（EVM），看看它如何助力我们对40V、1.8A eFuse进行评估。

文件下载：TPS1641EVM.pdf

一、评估模块简介

TPS1641EVM主要用于对TI的TPS1641x系列eFuse器件进行参考电路评估。TPS1641x是一款集成式电子保险丝，具备精确的功率限制或电流限制功能，能提供过流保护（带有可调节消隐定时器）、输出功率限制（带有可调节消隐定时器）、短路保护、过压保护、输入到输出短路检测以及过温保护等功能。

评估模块特性

• 工作电压：通道1（CH1）典型工作电压为12V，通道2（CH2）典型工作电压为24V。
• 过流保护：过流保护范围可在30mA至1.8A之间调节，满足不同应用场景的需求。
• 功率限制：支持4W至38W的可编程功率限制，灵活性十足。
• 消隐时间：可配置瞬态电流的消隐时间，适应各种复杂的电路环境。
• 故障指示：配备LED状态指示灯，清晰显示故障状态。

应用场景

该评估模块可应用于多种领域，如家电的低功率电路、可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）模块的背板电源保护、暖通空调（HVAC）执行器和阀门控制以及医疗设备等。

二、评估模块描述

TPS1641EVM评估板可用于评估TPS1641 eFuse家族中的TPS16410和TPS16412器件。其输入电源通过T1（CH1）和T3（CH2）接入，T2（CH1）和T4（CH2）为负载提供输出连接。S1和S2可用于复位U1和U2，D1和D4分别为CH1和CH2提供输入保护。

评估板的不同通道具有不同的功能和设置，具体如下表所示：	部件编号EVM功能	通道	Vin范围	功能	低设置	高设置	保护	故障响应
TPS1641EVM	CH1 - TPS16410	10.8V至28V	功率限制	4W	38W	自动重试
TPS1641评估模块	CH2 - TPS16412	18V至32V	电流限制	30mA	1.8A	自动重试

三、评估模块配置

物理访问

评估板的输入输出连接器、测试点和跳线都有明确的功能定义，了解这些有助于我们更好地使用评估板。

• 输入输出连接器：T1和T3分别为CH1和CH2的输入电源连接器，T2和T4分别为CH1和CH2的输出连接器。
• 测试点：TP1 - TP16为各个信号的测试点，方便我们监测电路中的各种参数，如输入电压、输出电压、过压保护信号等。
• 跳线和LED：不同的跳线位置可实现不同的功能设置，如功率限制、电流限制、消隐时间设置等；D2为故障指示灯，当出现故障时LED亮起。

测试设备和设置

在进行测试之前，我们需要准备好相应的测试设备，并进行合理的设置。

• 电源：需要一个可调电源，输出电压范围为0V至60V，输出电流限制为0A至2A。
• 仪表：至少需要一个数字万用表（DMM），用于测量电压、电流等基本参数。
• 示波器：推荐使用DPO2024或等效示波器，配备三个10倍电压探头和一个直流电流探头，以便观察电路中的波形。
• 负载：需要一个电阻性负载，能够承受60V电压下的2A直流负载，并具备输出短路能力。

四、测试设置与流程

在进行任何测试之前，我们需要确保评估板的跳线设置为默认值，具体如下表所示：	CH1	J1	J2	J3	J4	J5	J6	J7	J8
断开	2 - 3	连接	3 - 4	5 - 6	断开	1 - 2	断开
CH2	J9	J10	J11	J12	J13	J14	J15
断开	连接	3 - 4	断开	5 - 6	1 - 2	断开

热插拔测试

热插拔是指在设备运行过程中插拔电源或其他部件，该测试用于测量CH1在热插拔事件期间的浪涌电流。

1. 在输出端子T2插入470uF的负载电容，以模拟实际负载情况。
2. 断开J3。
3. 将Cdvdt电容C2更换为150nF，调整电容值可影响浪涌电流的特性。
4. 设置输入电源电压VIN为12V，电流限制为2A，并开启电源。
5. 在输入端子T1进行热插拔操作。
6. 使用示波器观察VOUT1（TP2）的波形，测量eFuse在给定12V输入电压下的压摆率和上升时间。

功率限制测试

该测试用于验证TPS16410在CH1上的功率限制响应。

1. 断开J3。
2. 将J4设置为1 - 2位置，设置瞬态消隐时间为5ms，避免瞬间的电流波动对测试结果产生影响。
3. 将J5设置为3 - 4位置，设置功率限制为13.7W。
4. 设置输入电源电压VIN为12V，电流限制为3A，并开启电源。
5. 在输出端施加1A的负载。
6. 施加过载，验证TPS16410的功率限制行为。

电流限制测试

此测试用于验证TPS16412在CH2上的电流限制响应。

1. 断开J10。
2. 将J11设置为1 - 2位置，设置瞬态消隐时间为5ms。
3. 将J13设置为3 - 4位置，设置电流限制为1A。
4. 设置输入电源电压VIN为24V，电流限制为2A，并开启电源。
5. 在输出端施加1A的负载。
6. 施加过载，验证TPS16412的电流限制行为。

过压保护测试

该测试用于验证TPS16412在CH2上的过压响应。

1. 断开J10。
2. 用电缆短接Q1，绕过外部PFET，先测试不使用外部PFET时的过压保护情况。
3. 设置输入电源电压VIN为24V，电流限制为2A，在输入端子T3施加电源并开启电源。
4. 将输入电源VIN从24V增加到40V，观察过压保护响应。
5. 关闭电源。
6. 移除Q1上的短接，使外部PFET接入电路。
7. 开启电源。
8. 将输入电源VIN从24V增加到60V，观察使用外部PFET时的过压保护响应。

输出热短路测试

该测试用于测试CH1的输出热短路情况。

1. 设置输入电源电压VIN为12V，电流限制为2A，开启电源。
2. 用短电缆将设备的输出端（如VOUT1）短路到地。
3. 使用示波器观察波形，分析热短路时的电路响应。

输入到输出短路检测测试

该测试用于检测CH2的输入到输出短路情况。

1. 断开J10。
2. 用电缆短接Q1，绕过外部PFET。
3. 设置输入电源电压VIN为24V，电流限制为2A，在输入端子T3施加电源并开启电源。
4. 在输出端施加1A的负载。
5. 在J9上放置分流器，短接TPS16412的输入输出。
6. 观察TPS16412的响应，通常在检测到输入输出短路后150ms（典型值）FLTb会被置位。注意，需要以交流耦合模式探测VOUT，以观察输入输出短路时的电压跳变。
7. 关闭电源和负载。
8. 移除Q1上的短接，使外部PFET接入电路。
9. 开启电源。
10. 在输出端施加1A的负载。
11. 在J9上放置分流器，短接TPS16412的输入输出。此时，TPS16412会检测到输入输出短路并置位FLTb，从而使外部PFET关断，将负载与电源隔离。

五、评估板组装图与物料清单

评估板组装图

评估板的组件布局图以及PCB的顶层和底层布局图为我们提供了直观的物理结构信息，有助于我们了解评估板的内部构造和布线方式。

物料清单（BOM）

文档中详细列出了评估板所使用的各种元器件的信息，包括设计编号、数量、值、描述、封装参考、部件编号和制造商等。这对于我们进行评估板的组装、维修或自制类似电路板都具有重要的参考价值。

六、总结

德州仪器的TPS1641评估模块为我们评估40V、1.8A eFuse提供了一个便捷、全面的平台。通过详细的配置信息和丰富多样的测试流程，我们可以深入了解TPS1641x系列eFuse器件的性能和特性。对于电子工程师来说，这个评估模块无疑是一个有力的工具，能够帮助我们更好地进行电路设计和优化。大家在使用过程中有没有遇到什么有趣的问题或者发现什么独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享交流。