TPS23753AEVM-001评估模块：设计与应用解析

引言

在电子设计领域，评估模块是验证和开发新设备的重要工具。今天我们要探讨的是德州仪器（Texas Instruments）的TPS23753AEVM-001评估模块，它主要用于评估TPS23753A设备。TPS23753A是一款符合IEEE 802.3 - 2005标准的受电设备（PD）控制器和电源控制器，特别针对隔离式转换器拓扑进行了优化。这个评估模块对于低功耗、简单的7W反激式转换器应用具有重要意义。

文件下载：TPS23753AEVM-001.pdf

一、评估模块概述

1.1 功能特点

TPS23753AEVM-001具有低成本、基础设计的特点。它采用简单的栅极驱动和肖特基二极管整流次级电路，能够从以太网供电（PoE）、48V或24V适配器获得7W的输出功率，从12V适配器获得4W的输出功率。通过简单的物料清单（BOM）更改，还可以实现3.3V的输出电压。

1.2 应用场景

该评估模块适用于多种应用场景，包括IP电话、无线接入点和有线IP摄像机等。这些应用通常需要稳定的电源供应，而TPS23753AEVM-001正好可以满足这些需求。

二、电气规格

2.1 电源接口参数

在电源接口方面，输入电压范围为0 - 57V，启动后的工作电压范围为30 - 57V。输入欠压锁定（UVLO）在输入电压上升时为36V，下降时为30V。检测电压和分类电压分别为3 - 10mA和10 - 23mA，分类电流在Rclass = 1270Ω时为1.8 - 2.4mA。浪涌电流限制为90 - 190mA，工作电流限制为405 - 495mA。

2.2 DC/DC转换器参数

DC/DC转换器的输出电压在不同输入电压和负载条件下有所不同。对于3.3V输出（-002），在20V ≤ Vin ≤ 57V且ILOAD ≤ ILOAD (max) 以及10.8V ≤ Vin ≤ 13.2V且ILOAD ≤ ILOAD (max) 时，输出电压范围为3.13 - 3.47V；对于5V输出（-001），输出电压范围为4.75 - 5.25V。输出电流在20V ≤ Vin ≤ 57V时，3.3V输出最大为2A，5V输出在10.8V ≤ Vin ≤ 13.2V时最大为1.4A。输出纹波电压在不同输入电压和负载条件下也有相应的规定，效率在Vin = 44V，ILOAD = 2A时，3.3V输出为77%，5V输出为80%，开关频率范围为225 - 270kHz。

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这些电气规格为电子工程师在设计电路时提供了明确的参数范围。例如，输入电压和工作电压的范围决定了电源的选择和设计，工程师需要确保输入电源能够满足评估模块的要求。输出电压和电流的规格则影响着负载的选择和设计，要保证负载能够在评估模块的输出能力范围内正常工作。效率参数也很重要，它关系到电源的能耗和散热设计，较高的效率可以减少能量损耗和散热需求。

那么，在实际设计中，你是否有遇到过因为电气规格不匹配而导致的问题呢？

三、原理图与配置

3.1 原理图

文档中提供了TPS23753AEVM-001的原理图，这对于工程师理解电路结构和信号流向非常有帮助。通过原理图，我们可以清晰地看到各个组件之间的连接关系和信号传输路径。

3.2 物理访问

该评估模块包含多个连接器和测试点。连接器用于输入和输出电源以及以太网数据，测试点则用于电路评估和测量。例如，J1是外部适配器输入连接器，J2是以太网电源输入连接器，J3是输出电压连接器等。测试点如TP1、TP14、TP15为次级侧（输出）接地，TP2为DC/DC转换器偏置电源等。了解这些连接器和测试点的功能，有助于工程师进行电路调试和故障排查。

四、测试设置与性能数据

4.1 测试设置

文档展示了典型的测试设置，输入电压可以按照连接器功能说明进行施加。通过合理的测试设置，可以准确地评估评估模块的性能。

4.2 性能数据

• 3.3V效率：在三种不同输入电压水平下，即PoE 48V、48V RTN-based适配器和24V RTN-based适配器，展示了3.3V输出的效率。需要注意的是，评估模块包含两种不同类型的初级开关缓冲器选项，默认包含RC压摆率缓冲器，如果应用需要更高的效率，可以移除RC缓冲器并使用钳位型缓冲器。RC缓冲器对于通过电源线要求低传导发射的应用最为适用。
• 5V DC/DC效率：同样在上述三种输入电压水平下，展示了5V输出的效率。
• 传导发射：文档还给出了TPS23753AEVM-001的传导发射数据，这对于评估模块的电磁兼容性（EMC）设计非常重要。

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从性能数据部分可知，改变初级开关缓冲器类型是一种提高效率的途径。当应用对效率要求较高时，可移除默认的RC压摆率缓冲器，采用钳位型缓冲器。此外，合理选择输入电源也可能对效率产生影响，不同的输入电压和电源类型下，评估模块的效率表现有所不同。

在实际设计中，你是否尝试过通过调整缓冲器或输入电源来提高类似评估模块的效率呢？

五、EVM组装图纸与布局指南

5.1 PCB图纸

文档提供了评估模块的PCB组件布局和布线图，包括顶面和底面的布局和布线。这些图纸对于PCB设计和组装非常重要，工程师可以根据图纸进行合理的组件放置和布线。

5.2 布局指南

• PoE前端布局：PoE前端布局应遵循电源和EMI/ESD最佳实践指南。组件放置应根据功率流进行点对点布置，如RJ - 45、以太网变压器、二极管桥、TVS和0.1μF电容器以及TPS23753A转换器输入大容量电容器。所有引线应尽可能短，使用宽功率走线和配对的信号与返回线，避免信号交叉。同时，要遵守安全标准，确保48V输入电压轨之间以及输入和隔离转换器输出之间的间距。
• DC/DC转换器布局：DC/DC转换器布局遵循一些基本规则，如配对信号以减少发射和噪声，特别是对于携带高电流脉冲的路径；最小化高电流、功率半导体和磁性组件的走线长度；尽可能使用垂直配对；小心使用接地平面来处理开关电流；将高电流和高电压开关远离低电平感应电路；确保转换器高压部分周围有适当的间距。

5.3 EMI抑制

为了抑制电磁干扰（EMI），可以采用多种方法。例如，使用紧凑的环路来处理dv/dt和di/dt电路路径，使用最小且热足够的铜面积来散热与开关节点相连的组件，使用铜接地平面和顶层铜填充，使用4层PCB（经济可行时），最小化与输入走线相关的铜面积，将与开关节点相关的铜隐藏在屏蔽磁体下，散热组件的安静侧而不是开关侧，使用Bob Smith终端、Bob Smith EFT电容器和Bob Smith平面，在DC/DC输入使用LC滤波器，抑制所有开关节点上的高频振铃，控制上升时间，使用EMI桥接电容器，注意电感的极性点，使用铁氧体磁珠，保持输入相关电路和功率电路之间的物理分离，平衡效率和可接受的噪声裕度，可能使用共模电感和集成RJ - 45插孔，考虑最终产品外壳的屏蔽。

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合理的布局设计对于TPS23753AEVM - 001的性能表现起着关键作用。在PoE前端布局方面，遵循电源和EMI/ESD最佳实践指南进行组件放置和布线，能够确保电源的稳定传输，减少电磁干扰，提高整个系统的可靠性。比如严格按照功率流进行点对点布置组件，使用宽功率走线和配对信号与返回线等措施，可以有效降低信号干扰和能量损耗。

对于DC/DC转换器布局，通过配对信号、最小化高电流和磁性组件的走线长度等规则，能够减少发射和噪声，提高转换效率，保证输出电压的稳定性。

而在EMI抑制方面，一系列的布局措施如使用紧凑环路、铜接地平面、LC滤波器等，能够有效降低电磁干扰，使评估模块符合相关的电磁兼容性标准。

那么，在你的实际设计中，有没有因为布局设计不合理而导致的性能问题呢？

六、物料清单

文档提供了TPS23753AEVM - 001和 - 002的物料清单，包括各种电容器、二极管、电阻器、电感器、MOSFET、变压器、IC等组件的型号、规格和制造商。这对于工程师进行物料采购和电路组装非常有帮助。

七、总结

TPS23753AEVM - 001评估模块为工程师提供了一个全面的平台来评估TPS23753A设备。通过了解其特点、电气规格、原理图、测试设置、性能数据、布局指南和物料清单，工程师可以更好地进行电路设计和开发。在实际应用中，需要根据具体需求合理选择组件和布局方式，以确保评估模块能够满足设计要求。同时，要注意遵守相关的安全和法规要求，确保设备的正常运行和使用安全。

你在使用类似评估模块时，有没有遇到过一些独特的挑战或有什么成功的经验可以分享呢？