TPS2300和TPS2301双热插拔控制器评估模块及接口卡使用指南

一、引言

德州仪器（TI）推出的TPS2300和TPS2301热插拔控制器是电子工程师在电源应用中的得力工具。它们能够消除高频热插拔瞬变，降低浪涌电流，并提供过流保护。其配套的评估模块（EVM）和接口卡可帮助设计师在各种条件下评估这些设备，模拟热插入和热移除操作。在开始测试EVM之前，用户至少需要一个直流电压源。

文件下载：TPS2301EVM-153.pdf

二、TPS2300和TPS2301控制器

2.1 基本特性

TPS2300和TPS2301均为双通道热插拔控制器，在电源应用中使用外部N沟道MOSFET作为高端开关。它们集成了过流保护、浪涌电流控制、输出功率状态报告以及将负载瞬变与实际负载增加分离等功能，这些都是热插拔应用的关键要求。两者的唯一区别在于使能引脚的极性。

2.2 外部组件

每个通道的最少外部组件数量为四个，分别是N沟道MOSFET、电流检测电阻、电流限制设置电阻和定时电容。具体组件值的选择可参考数据手册（文献编号SLVS265A）。对于不同的应用，可能需要增加栅极电容来限制过大的浪涌电流或应对重负载，输入电容则有助于将输入电压保持在设计范围内。

三、EVM和接口卡原理图

3.1 组成结构

为了演示热插拔应用，EVM套件包含两块电路板。热插拔EVM（SLVP153）上安装了TPS2301，用于控制功率MOSFET；接口卡（SLVP155）则为热插拔EVM提供电源和控制信号。

3.2 电源输入

热插拔EVM板有两个电源输入：IN1和IN2；而接口板有三个可用电源，但VIN3不用于双热插拔EVM板的评估。此外，接口板的边缘连接器上安装了一个键，以防止热插拔板插错方向。

3.3 物料清单

两块板的物料清单（BOM）分别列于表1 - 1和表1 - 2中。例如，热插拔EVM上的电容C1和C14为陶瓷电容，用于减少尖峰和噪声，在应用环境不恶劣时可移除或降低其值；负载电容C5和C12可根据负载要求进行更改。

四、EVM和接口卡布局

EVM和接口卡的组件均仅放置在顶层，底层除了热插拔EVM上的少数短走线外，均为接地平面。图1 - 3和图1 - 4分别展示了热插拔EVM板和接口卡的组件放置和顶层布局。

五、EVM的设置

5.1 电源验证

为确保EVM正常运行，在进行双热插拔评估时，需先验证电源电压是否在要求范围内：3V < 电源#1 < 13V；3V < 电源#2 < 5.5V，并确保电源有能力提供负载所需的电流，然后关闭电源。

5.2 电源连接

将电源插入接口卡，将电源#1连接到IN1，电源#2连接到IN2，然后打开两个电源。

5.3 负载连接

用户若要模拟电阻或电流负载，可将负载连接到热插拔板的输出端（OUT1和GND之间，以及OUT2和GND之间）。不过，即使没有外部负载，也可以测试控制器的许多特性。由于EVM上的检测电阻为0.01Ω，电流限制设置电阻为510Ω，根据公式计算，每个通道可提供的最大直流电流为2.55A，但考虑到接触电阻和PCB走线电阻，实际电流限制约为1.4A。

5.4 开关设置

将接口板上的开关S1设置为HI，以实现热插拔板与电源的连接。若将S1设置为LO，由于TPS2301是高电平使能设备，电源将不会连接到负载。

5.5 测试点使用

板上提供了测试点，可用于连接示波器探头和/或万用表。

5.6 插入操作

将热插拔板插入接口板，连接器引脚4和5之间的键确保板只能以正确的方向插入。

六、热插拔EVM上的可更改组件和测试点

6.1 可更改组件

• 负载电容（C5、C12）：根据负载变化。
• 栅极电容（C7、C10）：用于进一步限制浪涌电流，当负载电容增加时，同一通道的栅极电容也应相应增加。
• 定时电容（C9）：强烈建议使用至少50pF的电容，对于重负载应用，其值必须相应增加。
• 检测电阻（R1、R17）：阻值为0.01Ω、功率为1W。
• 电流限制设置电阻（R4、R13）：可通过增加其阻值或减小检测电阻来提高电流限制，但最大电流不应超过外部MOSFET和板上连接器的电流能力。
• 输出低压传感反馈电阻（R3、R9、R16、R12、R8、R11）：这些电阻为电位器，可用于调整VSENSE1或VSENSE2电压水平，以验证集成的电源良好电路是否正常工作。使用R8和R11时，应移除R9和R12。
• 电阻R6：未使用，当IN1电压小于5.5V时，EVM用户可焊接一个10Ω的1206电阻来短接IN1和VREG，但此修改会在关机模式下消耗更多的电源电流。

6.2 测试点

板上的测试点包括GND、IN1、IN2、FAULT、PG1、PG2、VSENSE1、VSENSE2、OUT1、OUT2。

电子工程师在使用TPS2300和TPS2301热插拔控制器及其评估模块时，可根据上述内容进行操作和调整，以满足不同的应用需求。你在实际使用过程中是否遇到过类似热插拔控制器的应用挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。