探索Altera Enpirion EP5358xUI DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊評(píng)估板

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。Altera Enpirion的EP5358xUI DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)便捷的測(cè)試平臺(tái)。本文將詳細(xì)介紹該評(píng)估板的特點(diǎn)、使用方法以及相關(guān)測(cè)試建議，幫助工程師更好地了解和使用這款產(chǎn)品。

文件下載：EVB-EP5358HUI.pdf

評(píng)估板概述

產(chǎn)品特性

EP5358xUI轉(zhuǎn)換器屬于新一代DC/DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，是一個(gè)完整的片上電源系統(tǒng)（PowerSoC）。這些設(shè)備是包含磁性元件的完整模塊，僅需陶瓷輸入和輸出電容器。評(píng)估板設(shè)計(jì)用于提供廣泛的工程評(píng)估能力，基礎(chǔ)配置包括一個(gè)0603輸入電容器和一個(gè)0805輸出電容器。此外，還提供了焊盤(pán)，可添加多達(dá)一個(gè)額外的輸入電容器和一個(gè)額外的輸出電容器，以評(píng)估各種輸入/輸出電容器組合的性能。

功能設(shè)計(jì)

• 電壓編程：評(píng)估板提供焊盤(pán)以安裝外部電阻分壓器，用于對(duì)VID無(wú)法提供的輸出電壓值進(jìn)行編程，焊盤(pán)標(biāo)記為R1和R2。還提供了用于跨電阻R1放置可選前饋電容器（標(biāo)記為C9）的焊盤(pán)。需要注意的是，外部電壓分壓器選項(xiàng)僅適用于EP5358LUI。
• 信號(hào)編程：提供跳線，便于對(duì)以下信號(hào)進(jìn)行編程：?jiǎn)⒂眯盘?hào)（Enable）和VS0 - VS2輸出電壓選擇引腳。
• 測(cè)試點(diǎn)：提供測(cè)試點(diǎn)以及用于輸入和輸出連接的夾線，方便進(jìn)行電壓和電流的測(cè)量。
• 保護(hù)功能：評(píng)估板配備輸入去耦和輸入反極性保護(hù)，以防止常見(jiàn)的設(shè)置失誤對(duì)設(shè)備造成損壞。

快速啟動(dòng)指南

步驟1：設(shè)置跳線

在給評(píng)估板供電之前，將“ENABLE”跳線設(shè)置到禁用位置，并根據(jù)所需的輸出設(shè)置設(shè)置VS0、VS1和VS2引腳。需要注意的是，信號(hào)引腳ENA、VS0、VS1和VS2必須連接到邏輯“高”（跳線向左）或邏輯“低”（跳線向右），不能懸空，否則引腳狀態(tài)將不確定。

步驟2：連接電源

將電源連接到輸入測(cè)試點(diǎn)TP8（VIN）和TP5（GND），如圖1所示。同樣的測(cè)試點(diǎn)也可用于測(cè)量輸入電壓。連接時(shí)要注意極性和電壓大小，若(V_{IN })大于6V，評(píng)估板可能會(huì)損壞；若輸入電壓極性錯(cuò)誤，二極管D1將導(dǎo)通，導(dǎo)致輸入電流過(guò)大。

步驟3：設(shè)置輸出電壓

根據(jù)表1和表2確定輸出電壓選擇引腳的設(shè)置，以獲得所需的輸出電壓。需要注意的是，標(biāo)準(zhǔn)板配置中未安裝外部電阻分壓器，對(duì)于EP5358LUI選擇“EXT”選項(xiàng)而不安裝外部電阻R1和R2將導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的行為。

步驟4：連接負(fù)載

將負(fù)載連接到輸出連接器TP7（VOUT）和TP6（GND），如圖1所示。同樣的測(cè)試點(diǎn)也用于測(cè)量直流輸出電壓。

步驟5：?jiǎn)?dòng)評(píng)估板

將ENABLE跳線移動(dòng)到啟用位置，為評(píng)估板上電。此時(shí)，EP5358xUI應(yīng)開(kāi)始正常工作。

輸出電壓選擇

EP5358xUI采用3引腳輸出電壓選擇方案，通過(guò)將VSx跳線設(shè)置為邏輯“1”或邏輯“0”來(lái)編程輸出電壓。表1和表2顯示了(V_{OUT })選擇的邏輯表。EP5358LUI有七個(gè)預(yù)設(shè)輸出電壓級(jí)別和一個(gè)外部可編程選項(xiàng)，而EP5358HQI有八個(gè)預(yù)設(shè)輸出電壓級(jí)別，無(wú)外部編程能力。

測(cè)試建議

測(cè)量準(zhǔn)確性

為保證測(cè)量準(zhǔn)確性，應(yīng)在評(píng)估板上使用提供的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行所有輸入和輸出電壓測(cè)量，以消除線路和負(fù)載電纜上的電壓降，特別是在測(cè)量效率時(shí)。使用串聯(lián)電流表或精確的分流電阻測(cè)量輸入和輸出電流。

輸出電壓紋波測(cè)量

使用如圖2所示的平衡阻抗探頭尖端，并通過(guò)通孔測(cè)試點(diǎn)對(duì)TP2測(cè)量輸出電壓紋波，以避免噪聲耦合到探頭接地引線，并進(jìn)行負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)量。

外部電壓分壓器的使用

對(duì)于EP5358LUI，評(píng)估板提供了預(yù)鍍錫焊盤(pán)，可在板上放置0805尺寸的1%電阻，以實(shí)現(xiàn)外部電阻分壓器，從而選擇VID上七個(gè)預(yù)設(shè)電壓之外的輸出電壓。輸出電壓由以下公式選擇： [V{OUT }=0.6 Vleft(1+frac{R 1}{R 2}right)] 為保持控制環(huán)路穩(wěn)定性，(R{1})必須選擇為237kΩ，然后(R{2})可由以下公式計(jì)算： [R{2}=frac{142.2 × 10^{3}}{V{OUT }-0.6} Omega] 通過(guò)將跳線VS0 - VS2設(shè)置為邏輯“高”來(lái)選擇外部電壓分壓器選項(xiàng)。需要注意的是，即使在外部反饋模式下，(V{SENSE })引腳也應(yīng)連接到輸出引腳，以訪問(wèn)位于(Vsense)和(VFB)焊盤(pán)之間的內(nèi)部相位超前電容器，該電容器對(duì)于環(huán)路補(bǔ)償和電源穩(wěn)定性至關(guān)重要。

動(dòng)態(tài)可調(diào)輸出

EP5358xUI設(shè)計(jì)允許通過(guò)切換VID引腳在預(yù)定義的電壓級(jí)別之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換。電壓間的轉(zhuǎn)換速率經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以防止輸出電壓級(jí)別轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)過(guò)度的下沖或過(guò)沖，轉(zhuǎn)換速率在數(shù)據(jù)手冊(cè)中定義。可以通過(guò)將VSx跳線中心引腳連接到邏輯驅(qū)動(dòng)器來(lái)測(cè)試此功能，以在各種(V_{OUT })狀態(tài)之間切換。需要注意的是，不允許在預(yù)定義輸出和外部編程輸出之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換，否則可能導(dǎo)致過(guò)大的電流流動(dòng)并損壞設(shè)備。

輸入和輸出電容器

輸入濾波電容器

對(duì)于(I{LOAD } leq 500 mA)，(C{IN}=2.2 uF)；對(duì)于(I{LOAD }>500 mA)，(C{IN}=4.7 uF)?？山邮?402電容器尺寸。輸入電容器必須使用X5R或X7R或等效的電介質(zhì)配方，Y5V或等效的電介質(zhì)配方會(huì)隨著頻率、偏置和溫度的變化而失去電容，不適合用于開(kāi)關(guān)模式DC - DC轉(zhuǎn)換器輸入濾波應(yīng)用。

輸出濾波電容器

對(duì)于(VIN leq 4.3 V)，(C_{OUTMIN }=10 uF 0603 MLCC)；對(duì)于(VIN >4.3 V)，(C{OUTMIN }=10 uF 0805 MLCC)。使用2x10μF 0603 MLCC電容器（對(duì)于任何允許的VIN）可以改善紋波性能。設(shè)備輸出引腳旁邊的最大輸出濾波電容為60μF低ESR MLCC電容。必須在EP5358xUI旁邊的最后一個(gè)輸出濾波電容器處感測(cè)VOUT。只要(V{OUT })感測(cè)點(diǎn)和大容量電容之間有足夠的間距，就可以在負(fù)載處放置額外的大容量電容用于去耦和旁路。輸出端的總電容（輸出濾波 + 大容量）過(guò)大可能會(huì)在啟動(dòng)時(shí)導(dǎo)致過(guò)流情況，有關(guān)輸出端的最大總電容，請(qǐng)參考軟啟動(dòng)部分。輸出電容器必須使用X5R或X7R或等效的電介質(zhì)配方，Y5V或等效的電介質(zhì)配方不適合用于開(kāi)關(guān)模式DC - DC轉(zhuǎn)換器輸出濾波應(yīng)用。

總結(jié)

Altera Enpirion的EP5358xUI DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、靈活的測(cè)試平臺(tái)。通過(guò)合理使用評(píng)估板的各項(xiàng)功能和遵循測(cè)試建議，工程師可以全面評(píng)估EP5358xUI轉(zhuǎn)換器的性能，為實(shí)際應(yīng)用提供可靠的電源解決方案。你在使用這款評(píng)估板的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。