TPS546B24A SWIFT™ 降压转换器评估模块用户指南
1 TPS546B24AEVM-1PH 评估模块
本用户指南描述了 TPS546B24AEVM-1PH 评估模块 (EVM) 的特性、操作和使用。本用户指南包含测试信息、说明和结果。本文档还提供了完整的原理图、印刷电路板布局布线以及物料清单。除非另有说明，否则本用户指南中的所有缩写词“EVM”、“TPS546B24AEVM-1PH”以及术语“评估模块”均指 TPS546B24AEVM-1PH 评估模块。
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1 说明
TPS546B24AEVM-1PH 评估模块在降压设计中使用 TPS546B24A 器件。它针对 12V 标称电压总线而设计，并在高达 20A 负载电流下产生 1.2V 的稳压输出。TPS546B24AEVM-1PH 提供了许多测试点来评估器件的性能。
1.1 准备工作
为确保使用 TPS546B24AEVM-1PH 或在其附近工作的任何人的安全，请注意以下警告和注意事项。请遵循所有安全防护措施。
 | 警告 | TPS546B24AEVM-1PH 电路模块在运行期间可能会因散热而变烫。切勿接触电路板。请遵守适用于相关实验室的所有安全规程。 |
 | 注意 | 请勿在无人照看的情况下使该 EVM 通电。 |
电路模块的板底上有信号迹线、元件和元件引线。 这可能会导致电压、高温表面或尖锐的边缘暴露在外面。操作过程中请勿触摸电路板的底部。
电路模块可能会因过热而损坏。为避免损坏，请在评估期间监测温度并根据需要使系统环境冷却。
某些电源会因施加外部电压而损坏。如果使用 1 个以上的电源，请检查您的设备要求并根据需要使用阻断二极管或其他隔离技术，以防止设备损坏。
EVM 上的通信接口未进行隔离。请确保计算机和 EVM 之间不存在接地电位。此外，请注意计算机以 EVM 的电池电位为基准。
1.2 典型应用
TPS546B24A 器件适用于以下应用：
- 高密度的电源解决方案
- 无线基础设施
- 交换器
- 路由器网络
- 服务器
- 存储器
- 智能电源系统
1.3 特性
此 EVM 具有以下特性：
- 1.2V 稳压输出，高达 20ADC 稳态输出电流
- 使用 PMBus 接口可调节和修整输出电压。
- 通过PMBus 接口进行可编程 UVLO 、软启动和启用
- 可编程过流警告和故障限制，可通过 PMBus 接口编程对故障的响应
- 可编程过压和欠压警告与故障限制，可通过 PMBus 接口编程对故障的响应
- 可编程的开通和关断延迟
- 便捷的测试点，用于探测关键波形
2 电气性能规格
表 2-1 列出了室温（20°C 至 25°C）下的电气性能规格。除非另有说明，否则这些特性是在 VIN = 12V 条件下得出的。
| 参数 | 测试条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 输入特性 | |||||
| 输入电压范围，IN | 5 | 12 | 18 | V | |
| 满载输入电流 | IOUT = 20 A | 2.24 | A | ||
| 满载输入电流 | VIN = 5V，IOUT = 20 A | 5.3 | A | ||
| 空载输入电流 | IOUT = 0A，开关启用 | 65 | mA | ||
| 启用开关阈值 | 默认由电阻分压器设置，JP4 引脚 3 和 4 短接 |
4.7 | V | ||
| 禁用开关阈值 | 默认由电阻分压器设置，JP4 引脚 3 和 4 短接 | 4.22 | V | ||
| 输出特性 | |||||
| 输出电压，VOUT | 1.2 | V | |||
| 输出负载电流，IOUT | 0 | 20 | A | ||
| 输出电压调节 | 线路调节：VIN = 5 V 至 18 V | 0.1% | |||
| 负载调节：IOUT = 0 A 至 20 A | 0.1% | ||||
| 输出电压纹波 | IOUT = 20 A | 8 | mVpp | ||
| 输出电压下冲 | IOUT = 5A 至 15A，阶跃 10A/µs | 40 | mV | ||
| 输出电压过冲 | IOUT = 15A 至 5A，阶跃 10A/µs | 40 | mV | ||
| 输出过流故障阈值 | 相电流限制设置由 MSEL2 编程 | 26 | A | ||
| 系统特性 | |||||
| 开关频率 | 由 MSEL1 编程 | 650 | kHz | ||
| 满载效率，VOUT(1) | IOUT = 20 A | 89.5% | |||
| 工作外壳温度 | IOUT = 20 A，浸泡 10 分钟 | 52.3 | °C | ||
| 环路带宽 | IOUT = 20 A | 37 | kHz | ||
| 相位裕度 | 75 | ° | |||
| PMBus 接口和引脚配置 (Strap) 功能 | |||||
| PMBus 地址 | 由 NVM 和 ADRSEL 编程 | 36 | 十进制 | ||
| 电压基准 | VOUT_COMMAND 的默认设置由 VSEL 编程 | 1.2 | V | ||
| 软启动时间 (TON_RISE) | TON_RISE 的默认设置由 MSEL2 编程 | 3 | ms | ||
4 测试设置
4.1 测试和配置软件
若要通过 PMBus 更改 EVM 上的任何默认配置参数，请获取 TI Fusion Digital Power Designer 软件。
4.1.1 说明
TI Fusion Digital Power Designer 是图形用户界面 (GUI)，用于配置和监测安装在此评估模块上的德州仪器 (TI) TPS546B24A 电源转换器。此应用程序使用 PMBus 协议通过Topic Link Label4.2.6中所述的 TI USB 适配器经由串行总线与控制器进行通信。
4.1.2 特性
用户可以使用 GUI 执行的一些任务包括：
- 通过硬件控制线路或 PMBus 操作命令打开或关闭电源输出。
- 监测实时数据。通过 GUI 持续监测和显示输入电压、输出电压、输出电流、内核温度、警告和故障等项目。
- 配置常见的工作特性，例如 VOUT 修整和裕度、UVLO、软启动时间、警告和故障阈值、故障响应以及开/关模式。
4.2 测试设备
4.2.1 电压源
输入电压源 VIN 应为 0V 至 20V 可变直流电源，能够提供至少 6ADC 电流以支持具有 5V 输入的 20A 负载。将输入 VIN 和 GND 连接到 T2 和 T3。如果 EVM 的输出电压增大，电源可能需要提供更大的电流。
4.2.2 万用表
TI 建议使用两个独立的万用表：一个用于测量 VIN，另一个用于测量 VOUT。
4.2.3 输出负载
建议针对测试装置使用可变电子负载。若要测试此 EVM 支持的满载电流，负载应能够灌入至少 20 A 电流。
4.2.4 示波器
使用示波器来测量开关节点电压或电压纹波时，请使用图 4-1 所示的尖端和接地筒 方法或更好的方法进行测量。
4.2.5 风扇
在高负载下长时间运行期间，可能需要通过一个针对 EVM 的小风扇提供强制空气冷却。请让 EVM 上器件的表面温度保持在其额定温度以下。
4.2.6 USB 转 GPIO 接口适配器
EVM 和主计算机之间需要用到通信适配器。 此 EVM 旨在使用 TI 的 USB 转 GPIO 适配器。此适配器可通过 http://www.ti.com.cn/tool/cn/usb-to-gpio 购买。
4.2.7 推荐的线规
- 输入 VIN 和 GND 到 T2 和 T3 (GND)（12V 输入）– 推荐的线规为 AWG #16 或更大，导线总长度小于 2 英尺（1 英尺用于输入，1 英尺用于返回）。
- 输出 T6 和 GND T7（1.2V 输出）– 推荐的线规为 AWG #14 或更大，导线总长度小于 2 英尺（1 英尺用于输出，1 英尺用于返回）。可能需要更粗的线规以更大限度地减小导线中的压降。
4.3 尖端和接地筒测量
图 4-1 展示了 TP14 和 TP15 上开关节点波形的尖端和接地筒测量。
图 4-1 尖端和接地筒测量4.4 测试点、跳线和连接器列表
表 4-1 列出了测试点功能。
| 测试点 | 类型 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|---|
| TP1 | T-H 环路 | EXT_AVIN | AVIN 测量点 |
| TP2 | T-H 环路 | GND | GND 基准 |
| TP3 | T-H 环路 | CNTL | J2 接头上的 CNTL 信号 |
| TP4 | T-H 环路 | 数据 | J2 接头上的 DATA 信号 |
| TP5 | T-H 环路 | CLK | J2 接头上的 CLK 信号 |
| TP6 | T-H 环路 | SMBALRT | J2 接头上的 SMBALERT 信号 |
| TP7 | T-H 环路 | MSEL2 | U1 的 MSEL2 测量点 |
| TP8 | T-H 环路 | VSEL | U1 的 VSEL 测量点 |
| TP9 | T-H 环路 | PG | U1 的 PGOOD 信号 |
| TP10 | T-H 环路 | VSHARE | VSHARE 测量点。敏感信号 |
| TP11 | T-H 环路 | SYNC | 外部 SYNC 输入 |
| TP12 | T-H 环路 | PVIN | VIN+ 测量点 |
| TP13 | T-H 环路 | VDD5 | VDD5 测量点或外部 VDD5 输入 |
| TP14 | T-H 环路 | SW | 开关节点，以 TP15 为基准 |
| TP15 | T-H 环路 | GND | 开关节点测量的 GND 基准 |
| TP16 | T-H 环路 | CH_A | 用于小信号环路增益测量的输入（B/A 设置） |
| TP17 | T-H 环路 | CH_B | 用于小信号环路增益测量的输出（B/A 设置） |
| TP18 | T-H 环路 | GND | GND 基准 |
| TP19 | T-H 环路 | GND | VIN- 测量点 |
| TP20 | T-H 环路 | GND | 用于效率测量的 U1 PVIN 的 GND 基准 |
| TP21 | T-H 环路 | GND | 用于效率测量的 VOUT 的 GND 基准 |
| TP22 | T-H 环路 | 远程 SNS+ | OUTPUT 遥感 + 电压点 |
| TP23 | T-H 环路 | PVIN_EFF | 用于效率测量的 U1 测量点的 PVIN 引脚电压，以 TP20 为基准 |
| TP24 | T-H 环路 | VOUT_EFF | 针对效率的 VOUT 测量点，以 TP21 为基准 |
| TP25 | T-H 环路 | 远程 SNS- | OUTPUT 遥感 – 电压点 |
| TP26 | T-H 环路 | GND | VOUT- 测量点 |
| TP27 | T-H 环路 | VOUT | VOUT+ 测量点 |
| TP28 | T-H 环路 | VOUT_FILT | 使用第二级滤波器时的 VOUT_FILT 测量点 |
表 4-2 列出了 EVM 跳线。
| 跳线 | 类型 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|---|
| JP1 | 接头，100mil，2 × 1 | Micro_USB-PVIN | 短接以将 PVIN 连接到 Micro USB 连接器 |
| JP2 | 接头，100mil，2 × 1 | PMBus3.3V-AVIN | 短接以将 USB 转 GPIO 3.3V 连接到 AVIN |
| JP3 | 接头，100mil，3 × 1 | AVIN Select | AVIN 输入源选择 |
| JP4 | 接头，100mil，3 × 2 | EN Select | EN/UVLO 引脚选择 |
表 4-3 列出了 EN/UVLO 引脚选择选项。
| 分流位置 | 选择 |
|---|---|
| 引脚 1 到引脚 2 短接 | PMBus 适配器控制信号 |
| 引脚 3 到引脚 4 短接 | 将电阻分压器连接到 PVIN |
| 引脚 5 到引脚 6 短接 | EN/UVLO 接地短路 |
表 4-4 列出了 AVIN 选择的选项。
| 分流位置 | 选择 |
|---|---|
| 引脚 1 到引脚 2 短接 | AVIN 引脚通过 10Ω 电阻器连接到 AVIN 输入。使用分离轨输入进行测试时，请使用此选项。 |
| 引脚 2 到引脚 3 短接 | AVIN 引脚通过 10Ω 电阻器连接到 PVIN。 |
表 4-5 列出了 EVM 连接器特性。
| 连接器 | 类型 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|---|
| J1 | Micro USB | Micro USB | 用于从 5V USB 电源为 EVM 供电的 Micro USB 连接器 |
| J2 | 接头，100mil，5 × 2 | PMBus 连接器 | TI FUSION 适配器的 PMBus 插座 |
|
T1 | 端子快，2 × 1 | Ext_AVIN | 外部 AVIN 连接器 |
| T2 | 端子快，2 × 1 | PVIN | VIN+ 连接器 |
| T3 | 端子快，2 × 1 | GND | VIN– 连接器 |
| T4 | 端子快，2 × 1 | GND | VOUT_FILT- 连接器 |
| T5 | 端子快，2 × 1 | VOUT_FILT | VOUT_FILT+ 连接器 |
| T6 | 端子快，2 × 1 | VOUT | VOUT+ 连接器 |
|
T7 | 端子快，2 × 1 | GND | VOUT– 连接器 |
