TPS65251 Buck 转换器评估模块使用指南

在电子工程师的日常工作中，电源管理芯片的设计和测试是非常重要的环节。今天，我们就来详细了解一下德州仪器（Texas Instruments）的 TPS65251 Buck 转换器评估模块（EVM）。

文件下载：TPS65251EVM.pdf

一、引言

这份文档为我们提供了为 TPS65251 电源管理集成电路（PMIC）供电所需的信息，同时还包含了原理图和物料清单等支持文档。

二、背景知识

1. TPS65251 PMIC 特性

TPS65251 PMIC 旨在提供 3 - A 和 2 - A 的连续输出，其工作电压范围为 4.5 V 至 18 V，外部设定的开关频率范围从 300 kHz 到 2.2 MHz。当 PMIC 未满载时，Buck1 可加载至 3.5 A，Buck2 和 Buck3 可加载至 2.5 A。大家想想，这样的输出能力和工作范围能适用于哪些具体的应用场景呢？

2. EVM 性能规格总结

表 2 - 1 给出了 EVM 的输入电压和输出电流总结：	EVM	TEST CONDITIONS	OUTPUT CURRENT RANGE
		Buck1, 1.2 V, 3 A
TPS65251EVM	VIN = 4.5 V to 13 V	Buck2, 1.8 V, 2A
		(25°C ambient)

这个评估模块的设计目的是让我们能够访问 TPS65251 的各种特性。如果需要测试不同输入和输出电压、电流以及频率下的性能，可以对该模块进行一些修改。不过在修改时，建议联系 TI 现场应用团队获取相关建议。

三、原理图

1. 元件值选择依据

原理图中的电阻和电容值是根据 TPS65251 规格书中的指南选择的，具体规格书可在 http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tps65251.html 查看。

2. 增益 - 相位测量注意事项

对于增益 - 相位测量，EVM 上的 R10、R19 和 R21（阻值为 0 Ω）需要根据网络分析仪的设置要求，用合适的低阻值电阻替换。电阻两端设有测试点，方便进行测量。大家在进行增益 - 相位测量时，一定要注意这一点哦。

四、顶层布局

文档中给出了顶层布局的图（Figure 4 - 1），虽然这里没有详细描述布局的具体特点，但合理的布局对于电路性能至关重要。在实际设计中，我们要根据原理图和元件特性来优化布局，减少干扰和信号损失。

五、 bench 测试设置条件

1. 接头描述和跳线放置

Figure 5 - 1 展示了接头描述和跳线放置情况。测试点方面，黑色为 GND，白色对应各个输出、反馈、电源正常信号以及 (V_{IN})，所有标记都在 PCB 上。

2. 跳线功能及放置

表 5 - 1 详细列出了各个跳线的功能、放置方式和注释：	JUMPER NO.	FUNCTION	PLACEMENT	COMMENT
JP1	SYNC input	For buck interal clock fit jumper. For exteral SYNC connect as per drawing.	Jumper must be fitted if no exteral SYNC is used
JP2	Buck1 enable (EN1)	For automatic start - up fit jumper to V3V. For sequencing do not fit jumper. To disable converter fit jumper to GND.	Fit according to test requirement
JP3	Buck3 enable (EN3)	For automatic start - up fit jumper to V3V. For sequencing do not fit jumper. To disable converter fit jumper to GND.	Fit according to test requirement
JP4	Buck2 enable (EN2)	For automatic start - up fit jumper to V3V. For sequencing do not fit jumper. To disable converter fit jumper to GND.	Fit according to test requirement
JP5	LOW_P	Low power: Power save mode ON/OFF. If need low power mode test, should connect V3V internal regulator test point (TP29).	Fit according to test requirement. During normal operation jumper must be fitted.
JP6	GND	For normal operation fit jumper (GND)	Fit according to test requirement. During normal operation jumper must be fitted.

在进行测试时，我们要根据具体的测试需求来正确放置跳线。比如，如果不需要外部 SYNC 信号，就必须安装 JP1 跳线。

3. 测试点及放置

Buck 转换器的输出为红色，并有标签方便定位。每个测试点附近都有黑色的接地测试点，可用于数字万用表（DVM）测量或使用金属外露的示波器探头，以减少共模噪声测量。表 5 - 2 对所有测试点进行了描述：	TEST POINT	NAME	SIGNAL	COLOR	COMMENT
TP1	GND	Ground	Black
TP2	GND	Ground	Black
TP3	AGND	Ground		Not fitted. Only Via.
TP4	VOUT3	Buck3 output	White
TP5	VOUT1	Buck1 output	White
TP8	FB3A	Input for gain - phase measurement Buck3	White	Normally not used
TP10	FB1A	Input for gain - phase measurement Buck1	White	Normally not used
TP12	VOUT2	Buck2 output	White	Normally not used
TP14	GND	Ground	Black
TP15	GND	Ground	Black
TP16	FB2A	Input for gain - phase measurement Buck2	White	Normally not used
TP27	PGOOD	Power Good (open drain connected to Buck1 output)	White
TP28	V7V	V7V pin (internal rail)	White
TP29	V3V	V3V pin (internal rail)	White
TP33	VIN	Input supply	White

六、上电程序

1. 确定转换器启用或禁用状态

通过连接正确的跳线来定义哪些转换器需要启用或禁用（所有情况中，启用连接到 V3V，禁用连接到 GND）。

2. 施加直流电压

将直流电压施加到跳线 J3 上，丝印上清晰标记了极性。

3. 验证转换器上电

通过输出电压验证相关转换器是否上电。整个启动过程大约需要 100 ms，1 s 后 PGOOD 信号将被置位。

4. 施加负载

将负载施加到输出连接器上。

5. 低功耗和 SYNC 操作

对于低功耗和 SYNC 操作，移除跳线并按照 bench 测试设置部分的指示连接控制电源。

七、物料清单

表 7 - 1 详细列出了评估模块所需的物料清单，包括元件的数量、标识、值、封装、制造商、制造商零件编号、描述和注释等信息。从电容、电感到电阻、接头等各种元件都有明确的规格，这对于我们进行电路设计和元件采购非常有帮助。

八、修订历史

从 2010 年 8 月的 A 版本到 2021 年 5 月的 B 版本，主要更新了用户指南的标题，同时更新了文档中表格、图形和交叉引用的编号格式。

通过对 TPS65251 Buck 转换器评估模块的详细了解，我们可以更好地利用这个模块进行电源管理电路的设计和测试。在实际应用中，我们要根据具体需求合理设置跳线、选择测试点，并严格按照上电程序操作。希望这篇文章能对大家有所帮助，如果你在使用过程中有任何问题，欢迎一起交流探讨。