TPS23755EVM - 894评估模块：功能、性能与设计指南

在电子工程领域，评估模块对于验证和开发新设备至关重要。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的TPS23755EVM - 894评估模块，它为TPS23755设备提供了全面的参考电路评估平台。

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1. 简介

TPS23755EVM - 894评估模块包含了TPS23755设备的评估和参考电路。TPS23755是一款符合IEEE 802.3at Type 1标准的受电设备（PD）控制器和电源控制器，针对初级侧调节反激式转换器拓扑进行了优化。该评估模块旨在实现12V二极管整流的高效13W PD解决方案。

1.1 特性

• PoE兼容性：符合IEEE 802.3at Type 1标准的PoE PD。
• 高级启动：具备先进的启动功能。
• 可编程压摆率和频率抖动：可降低EMI。
• 次级侧适配器优先级控制：实现平滑过渡。

1.2 应用

该评估模块适用于多种应用场景，包括IP摄像机、接入点、销售点设备、条形码阅读器、IP电话和无线局域网接入点等。

2. 电气规格

在25°C的条件下，TPS23755EVM - 894的电气和性能规格如下：	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源接口
输入电压（J1）	施加到连接器J1的电源引脚	37		57	V
输入电压（J5）	施加到连接器J5的电源引脚		12		V
输入欠压锁定（POE输入J2）	上升输入电压			36	V
	下降输入电压	30
检测电压	在设备端子处	2.7		10.1	V
分类电压	在设备端子处	14.5		20.5	V
分类电流（R CLASS = 45.3 Ω）		26.5		29.3	mA
浪涌电流限制			140		mA
工作电流限制		550			mA
DC - DC转换器
输出电压	V IN = 48 V, I LOAD ≤ I LOAD (max)		12		V
输出电流	37 V ≤ V IN ≤ 57 V		1		A
输出纹波电压峰 - 峰值	V IN = 48 V, I LOAD = 1 A		50		mV
端到端效率	V IN = 48 V, I LOAD = 100 mA	78			%
	V IN = 48 V, I LOAD = 500 mA	86
	V IN = 48 V, I LOAD = 1 A		87
开关频率			250		kHz

这些规格为工程师在设计和应用中提供了重要的参考依据。大家在实际使用时，是否考虑过这些参数对整个系统性能的具体影响呢？

3. 描述

TPS23755EVM - 894可对TPS23755设备进行全面评估。以太网电源从J1输入，经过桥整流器（D1，D2）降压。PoE变压器T1用于传输功率或数据，Bob Smith终端有助于平衡以太网电缆阻抗，对ESD和EMI/EMC性能至关重要。TPS23755设备的EMI/EMC滤波器和瞬态保护位于二极管桥的输出端。

此外，当J1没有电源时，也可以从J5接入直流电源。TPS23755（U1）的PD和DC - DC转换器电路如图4 - 1所示，R17提供检测签名，R20提供分类（3类）签名。PD控制器的开关侧在U1的右侧，TPS23755的RTN引脚可实现浪涌限制的开启和大容量电容器C12的充电。

DC - DC转换器是一种高效的二极管整流初级侧调节反激式转换器，通过偏置绕组上的R16和R21提供输出电压反馈，R14可用于注入误差以测量转换器的频率响应。

4. 原理图

评估模块的原理图如图4 - 1所示，它清晰地展示了各个组件之间的连接和信号流向，为工程师进行电路分析和调试提供了重要的基础。大家在查看原理图时，是否会重点关注某些关键组件的连接方式呢？

5. 通用配置和描述

5.1 物理访问

该评估模块的连接器和测试点功能如下：	连接器标签	描述
J1	PWR + DATA PoE输入；连接到PSE电源和数据源。
J2	DATA以太网数据直通；连接到下游以太网设备。
J3	输出输出连接器到负载。
J5	适配器输入DC - DC转换器输入，绕过PoE转换器；连接12V适配器。
J4	LED跳线J4以直观显示输出电压。
J6	FREQ跳转到'Fixed'以固定频率。跳转到'Dither'以启用扩频抖动。

测试点标签	描述
TP1	BS Bob Smith终端
TP2, TP7	PGND初级接地
TP3	VOUT输出电压
TP4	VCC偏置电压
TP5	GND次级接地
TP6	VSS PoE输入返回接地
TP8	VPD输入电压

这些连接器和测试点为工程师提供了方便的物理访问方式，便于进行电路测试和调试。

6. 性能数据

6.1 启动到PSE和DCDC启动

图6 - 1展示了TPS23755EVM - 894的启动响应，它反映了设备在连接到PoE PSE（TPS23861）并启动DCDC时的性能。

6.2 瞬态响应

图6 - 2显示了在48V输入下，负载从100 mA到1 A变化时的瞬态响应，这对于评估设备在负载变化时的稳定性非常重要。

6.3 效率

图6 - 3展示了TPS23755EVM - 894的效率曲线，不同负载下的效率数据为工程师评估设备的能耗提供了参考。

6.4 负载调节

图6 - 4显示了设备的负载调节性能，它反映了输出电压在负载变化时的稳定性。

6.5 输出短路恢复

图6 - 5展示了DCDC在输出短路后的恢复情况，这对于设备的可靠性和安全性至关重要。

6.6 压摆率调整

通过调整SRF和SRR电阻的值（如图6 - 6至图6 - 9所示），可以实现压摆率的调整，从而优化设备的性能。大家在实际应用中，是否会根据具体需求调整压摆率呢？

7. EVM组装图纸和布局指南

7.1 PCB图纸

图7 - 1至图7 - 4展示了TPS23755EVM - 894的组件布局和布线情况，包括顶层组件放置、第二层布线、第三层布线和底层布线。这些图纸为PCB设计提供了直观的参考。

7.2 布局指南

在进行PoE前端布局时，应遵循电源和EMI/ESD最佳实践指南，具体建议包括：

• 省略TPS23755的引脚22，以确保与引脚24（DRAIN）之间的高电压间隙。
• 使用至少8个过孔（VSS）将暴露的散热焊盘通过顶层平面（建议2 oz铜）连接到底层VSS平面（建议2 oz铜），以帮助散热。
• 将TPS23755的引脚24靠近电源变压器，电流感测电阻靠近引脚1，以最小化初级回路。
• 部件放置应根据功率流进行点对点布置，包括RJ - 45、以太网变压器、二极管桥、TVS和0.1μF电容器以及TPS23755转换器输入大容量电容器。
• 尽量缩短所有引线，使用宽功率走线和配对的信号与返回线。
• 不允许信号从功率流的一部分交叉到另一部分。
• 在48V输入电压轨之间以及输入和隔离转换器输出之间应遵守与安全标准（如IEC60950）一致的间距。
• 在SMT功率耗散设备上使用大铜填充和走线，并在功率路径中使用宽走线或覆盖铜填充。

对于DC - DC转换器布局，应遵循以下基本规则：

• 在电源变压器引脚附近使用至少4个过孔（VDD），通过多层平面连接到VDD，以帮助电源变压器散热。
• 在电源变压器引脚附近使用至少6个过孔（次级接地），通过多层平面连接到次级接地，以帮助电源变压器散热。
• 配对信号以减少辐射和噪声，特别是携带高电流脉冲的路径，包括功率半导体和磁性元件。
• 最小化高电流功率半导体和磁性组件的走线长度。
• 谨慎使用接地平面来处理开关电流。
• 使高电流和高电压开关远离低电平感测电路，包括电源外部的电路。
• 在转换器的高压部分周围保持适当的间距。

7.3 EMI抑制

为了抑制EMI，可采取以下措施：

• 使用紧凑的回路来处理dv/dt和di/dt电路路径（功率回路和栅极驱动）。
• 为与开关节点相连的组件使用最小但热充足的铜面积进行散热（最小化暴露的辐射表面），尽可能将与开关节点相关的铜隐藏在屏蔽磁体下方。
• 使用铜接地平面（可能需要缝合）和顶层铜填充（用接地填充围绕电路）。
• 如果经济可行，使用4层PCB以获得更好的接地效果。
• 最小化与输入走线相关的铜面积，以减少辐射拾取。
• 尽可能对组件的安静侧进行散热，而不是开关侧（如电感器的输出侧）。
• 使用Bob Smith终端、Bob Smith EFT电容器和Bob Smith平面，将Bob Smith平面用作PCB输入侧的接地屏蔽（创建虚拟或实际的接地）。
• 在DC - DC输入处使用LC滤波器。
• 如果存在，抑制所有开关节点上的高频振铃（允许使用可能的缓冲器）。
• 使用栅极驱动电阻和可能的缓冲器来控制上升时间。
• 考虑开关频率。
• 在隔离边界上使用EMI桥接电容器（隔离拓扑）。
• 注意电感器上的极性点（嵌入噪声端）。
• 在输入处使用铁氧体磁珠（允许使用磁珠或0Ω电阻）。
• 保持输入相关电路和功率电路之间的物理分离（使用铁氧体磁珠作为边界线）。
• 平衡效率和可接受的噪声裕度。
• 可能使用共模电感。
• 可能使用集成RJ - 45插孔（带内部变压器和Bob Smith终端的屏蔽插孔）。
• 考虑最终产品外壳的屏蔽措施。

8. 物料清单

该评估模块的物料清单（BOM）详细列出了各个组件的信息，包括设计编号、数量、值、描述、封装参考、零件编号、制造商、替代零件编号和替代制造商等。这为工程师进行组件采购和替换提供了重要的参考。

总之，TPS23755EVM - 894评估模块为TPS23755设备的评估和开发提供了全面的解决方案。通过了解其特性、电气规格、性能数据、布局指南和物料清单等信息，工程师可以更好地设计和应用该设备，满足不同应用场景的需求。大家在使用该评估模块时，是否遇到过一些挑战或有一些独特的经验呢？欢迎在评论区分享。