TPS7H2221-SEP评估模块（EVM）用户指南解读

在电子工程师的日常工作中，对各类电子设备和模块进行评估与测试是必不可少的环节。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS7H2221 - SEP评估模块（EVM），深入了解它的特性、配置以及测试结果。

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一、TPS7H2221 - SEP器件概述

TPS7H2221 - SEP是一款小巧的单通道负载开关，具备可控的转换速率。它内部包含一个N沟道MOSFET，输入电压范围为1.6 V至5.5 V，最大连续电流可达1.25 A。其开关导通状态由数字输入控制，能够直接与低压控制信号接口。当首次通电时，会使用智能下拉功能防止ON引脚浮空，直到系统时序完成。一旦引脚被故意驱动为高电平（> (V_{IH})），智能下拉功能将断开，以避免不必要的功率损耗。此外，该负载开关还具有自我保护功能，可防止设备输出端发生短路事件。

二、评估模块配置

1. 默认板配置

EVM的设计初衷是能在TPS7H2221 - SEP的整个输入电压和输出电流范围内使用，同时还能灵活配置设备以适应不同的工作条件。默认情况下，EVM配置为并行设备操作，具体参数如下：	规格	值	描述
输入电压（(V_{IN})）	3.3 V	处于推荐的设备输入电压范围1.6 V至5.5 V内
输出电流（(I_{OUT})）	0至2.5 A	不超过每个设备的最大连续开关电流1.25 A
ON引脚输入高电平（(V_{IH,ON})）	1至5.5 V	ON引脚的高低输入
ON引脚输入低电平（(V_{IL,ON})）	0至0.35 V	ON1和ON2通过R17连接在一起
输出放电时间（(t_{FALL})）	~0.22 ms	典型输出放电时间，由R4和R16（(R_{QOD})） = 1 kΩ以及JP5和JP10短接设定

更多关于默认EVM配置的详细信息可在并行配置原理图和并行配置物料清单中找到。

2. 替代板配置

如果需要自定义配置，用户应参考TPS7H2221 - SEP数据手册来计算设备周围无源元件的值，并注意任何操作要求。除了默认配置外，本用户指南还提供了一个单设备操作的配置示例。单设备配置的目标输出放电时间和ON引脚输入值与默认配置相同，但输出电流是并行设备配置的一半。

规格	值	描述
输入电压（(V_{IN})）	3.3 V	处于推荐的设备输入电压范围1.6 V至5.5 V内
输出电流（(I_{OUT})）	0至1.25 A	不超过每个设备的最大连续开关电流1.25 A
ON引脚输入高电平（(V_{IH,ON})）	1至5.5 V	ON引脚的高低输入
ON引脚输入低电平（(V_{IL,ON})）	0至0.35 V
输出放电时间（(t_{FALL})）	~0.22 ms	典型输出放电时间，由R4/R16（(R_{QOD})） = 1 kΩ以及JP5/JP10短接设定

更多关于单设备EVM配置示例的详细信息可在单设备配置原理图和单设备配置物料清单中找到。

三、EVM连接器和测试点

EVM上的连接器和测试点为工程师提供了方便的测试接口，其具体功能如下表所示：	连接器或跳线	测试点	功能
J1	J5, TP1	(V_{IN1})	电路板输入电源
J8	J12, TP6	(V_{IN2})
J2	J7, TP2	(V_{OUT1})	电路板输出电源
J9	J14, TP7	(V_{OUT2})
J3, J4, J10, J11	J17, J18, TP3, TP8	GND	接地
J6, JP2	TP5	ON1	ON引脚
J13, JP7	TP10	ON2
JP3, JP4, JP5	TP4	QOD1	QOD引脚
JP8, JP9, JP10	TP9	QOD2
J15	TP11	TRANS	输出瞬态FET栅极信号
N/A	J16	(I_{SENSE})	输出瞬态电流感测测试点

四、测试结果

测试结果是基于并行配置进行展示的，主要进行了以下三项测试：

1. 启动测试

当(V{ON}{IL})时，设备会将一个智能下拉（通常为491 kΩ）连接到ON引脚，以防止其浮空，直到系统时序完成。一旦(V{ON})被驱动到大于(V{IH})，智能下拉功能将断开。默认情况下，EVM上的ON引脚通过R2连接到(V{IN})，这样用户可以使用跳线（JP2或JP7）而不会使ON引脚浮空。如果不使用跳线，通常建议移除R2，并在(V{IN})为高电平时通过J6或TP5向ON引脚施加外部信号，以实现更清晰的启动。

2. 关闭测试

当ON引脚连接到(V_{IN})和施加外部信号两种情况下，分别展示了不同的关闭测试结果。

3. 快速输出放电（QOD）测试

TPS7H2221 - SEP的快速输出放电（QOD）功能由ON引脚感测的电压控制。当(V{ON}>V{IH})时，(V{OUT})跟随(V{IN})；当(V{ON}{IL})时，输出通过QOD引脚和(R{QOD})（如果需要）放电到地。如果QOD引脚悬空，当(V{ON}{IL})时，(V{OUT})将浮空，并通过负载或电路板寄生电容放电。本部分测试重点关注(I{OUT}=0 A)的配置，以便更轻松地观察不同QOD电阻对(V{OUT})下降时间的影响。如果存在更高的负载，通常它将是(V_{OUT})下降时间的主导因素。

五、负载瞬态电路

TPS7H2221EVM包含一个子电路，使用户能够测试TPS7H2221 - SEP对负载瞬态的响应。在许多情况下，电子负载（e - load）就足够了，但在某些情况下，连接到e - load的导线引入的电感可能会导致干扰测试的问题。EVM上提供的负载瞬态子电路解决了这个问题。其默认组件配置用于输出短路测试，通过改变功率电阻的值和e - load设置的初始电流，可以实现任何所需的电流阶跃大小。

瞬态电流阶跃大小由以下公式确定： [I{TRANS }=frac{V{OUT }}{RDS{O N{-} Q 1}+(R 21 | R22) }]

通过捕获探头测试点J16处的实际电压并除以（R21||R22），可以消除计算瞬态电流时(RDS{ON_} Q1)的不确定性： [I{TRANS }=frac{V_{J16}}{(R 21 | R22)}]

成功测量（即不会使电阻冒烟）的关键是确定施加到Q1栅极的占空比，以允许适当的电流通过，从而不超过R21和R22的功率额定值： [P{TRANS }=V{J 16} × I_{TRANS }]

R21和R22的功率额定值为2 W，施加到Q1栅极的方波的最大占空比为： [D{J 15}=frac{P{R A T E D}}{P_{TRANS }}]

为了留出一定的误差余量，建议使用低于上述计算的最大值的占空比。

六、电路板布局

文档中展示了TPS7H2221EVM的电路板布局，包括顶层丝印、顶层焊接、顶层、底层和底层焊接等不同层面的布局图。

七、原理图和物料清单

1. 原理图

提供了并行配置原理图和单配置原理图，分别展示了默认的并行设备和两个独立单设备电路的EVM原理图。

2. 物料清单

分别列出了并行配置和单配置的物料清单，详细包含了各个元件的设计编号、数量、描述、零件编号和制造商等信息。

八、总结与思考

通过对TPS7H2221 - SEP评估模块的深入研究，我们可以看到它为工程师提供了一个全面且灵活的测试平台。无论是默认配置还是自定义配置，都能满足不同的测试需求。在实际应用中，工程师需要根据具体的项目要求，合理选择配置和测试方法。那么，在你的项目中，是否也会遇到类似的负载开关评估需求呢？你会如何利用这个评估模块来优化你的设计呢？欢迎在评论区分享你的想法和经验。