TPS54425 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

一、引言

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源轉(zhuǎn)換模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。TPS54425 作為一款單路、自適應(yīng)導(dǎo)通時間、D - CAP2?模式的同步降壓轉(zhuǎn)換器，以其低外部元件數(shù)量的優(yōu)勢脫穎而出。它的 D - CAP2?控制電路針對低等效串聯(lián)電阻（ESR）輸出電容器進(jìn)行了優(yōu)化，如 POSCAP、SP - CAP 或陶瓷類型，能夠?qū)崿F(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)，且無需外部補(bǔ)償。其開關(guān)頻率內(nèi)部設(shè)定為標(biāo)稱 700 kHz，并且在 TPS54425 封裝內(nèi)集成了高端和低端開關(guān) MOSFET 以及柵極驅(qū)動電路。MOSFET 的低漏源導(dǎo)通電阻使得 TPS54425 能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并有助于在高輸出電流時保持較低的結(jié)溫。該轉(zhuǎn)換器設(shè)計用于從 4.5 V 至 18 V 的輸入電壓源提供高達(dá) 4 A 的輸出，輸出電壓范圍為 0.76 V 至 5.5 V。

文件下載：TPS54425EVM-608.pdf

TPS54425EVM - 608 評估模塊則是一款單路同步降壓轉(zhuǎn)換器，可在 5 V 至 18 V 輸入下提供 1.05 V、4 A 的輸出。下面，我們將詳細(xì)介紹該評估模塊的各項性能和使用方法。

二、性能規(guī)格總結(jié)

2.1 主要性能參數(shù)

這些參數(shù)為我們在實際應(yīng)用中選擇合適的電源模塊提供了重要參考。大家在設(shè)計時，是否會根據(jù)這些參數(shù)來評估該模塊是否滿足自己的需求呢？

三、模塊修改

3.1 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

若要改變評估模塊（EVM）的輸出電壓，需要改變電阻 R1 的值。通過改變 R1 的值，可以將輸出電壓調(diào)整到 0.765 V 以上。對于不同的輸出電壓范圍，有不同的計算公式：

• 對于 0.76 V 至 2.5 V 的輸出電壓：[V_O = 0.765 times (1 + frac{R_1}{R_2})]
• 對于超過 2.5 V 的輸出電壓：[V_O = (0.763 + 0.0017 × V_O) times (1 + frac{R_1}{R_2})]

表 3 - 1 列出了一些常見輸出電壓對應(yīng)的 R1 值。需要注意的是，對于 1.8 V 或更高的輸出電壓，可能需要一個前饋電容器（C2）來改善相位裕度，印刷電路板上為此組件（C2）提供了焊盤。大家在實際操作中，是否遇到過因為輸出電壓調(diào)整而需要更換電阻的情況呢？

四、測試設(shè)置與結(jié)果

4.1 輸入/輸出連接

TPS54425EVM - 608 配備了輸入/輸出連接器和測試點(diǎn)。必須通過一對 20 AWG 電線將能夠提供 2 A 電流的電源連接到 J1，負(fù)載則通過一對 20 AWG 電線連接到 J2，最大負(fù)載電流能力為 2 A。為減少電線中的損耗，應(yīng)盡量縮短電線長度。測試點(diǎn) TP1 用于監(jiān)測 VIN 輸入電壓，TP2 提供方便的接地參考；TP8 用于監(jiān)測輸出電壓，TP9 作為接地參考。

4.2 啟動程序

1. 確保 JP1（啟用控制）處的跳線設(shè)置為從 EN 到 OFF。
2. 將適當(dāng)?shù)?VIN 電壓施加到 J1 處的 VIN 和 PGND 端子。
3. 將 JP1（啟用控制）處的跳線移動到覆蓋 EN 和 ON，此時 EVM 啟用輸出電壓。

4.3 效率

在環(huán)境溫度為 25°C 時，TPS54425EVM - 608 的效率如圖 4 - 1 所示。從圖中可以看出，不同輸入電壓下，效率隨輸出電流的變化情況。在輕載情況下，其效率如圖 4 - 2 所示。大家在實際應(yīng)用中，是否會關(guān)注不同負(fù)載下的效率變化呢？

4.4 負(fù)載調(diào)節(jié)

TPS54425EVM - 608 的負(fù)載調(diào)節(jié)情況如圖 4 - 3 所示。它反映了輸出電壓隨輸出電流變化的偏差情況，這對于需要穩(wěn)定輸出電壓的應(yīng)用非常重要。

4.5 線路調(diào)節(jié)

線路調(diào)節(jié)情況如圖 4 - 4 所示，展示了在不同輸入電壓下輸出電壓的偏差情況。這有助于我們了解該模塊在輸入電壓波動時的穩(wěn)定性。

4.6 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

TPS54425EVM - 608 對負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)如圖 4 - 5 所示，電流階躍從 1 A 到 3 A，圖中顯示了總峰 - 峰電壓變化。這體現(xiàn)了模塊在負(fù)載突然變化時的響應(yīng)能力。

4.7 輸出電壓紋波

當(dāng)輸出電流為額定滿載 4 A 時，TPS54425EVM - 608 的輸出電壓紋波如圖 4 - 6 所示。輸出電壓紋波的大小對于一些對電壓穩(wěn)定性要求較高的電路至關(guān)重要。

4.8 輸入電壓紋波

在輸出電流為額定滿載 4 A 時，輸入電壓紋波如圖 4 - 7 所示。輸入電壓紋波的大小會影響模塊的整體性能和穩(wěn)定性。

4.9 啟動

TPS54425EVM - 608 相對于 VIN 的啟動波形如圖 4 - 8 所示，相對于使能（EN）的啟動波形如圖 4 - 9 所示。啟動過程的穩(wěn)定性對于系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

五、電路板布局

5.1 布局

TPS54425EVM - 608 的電路板布局如圖 5 - 1 至圖 5 - 6 所示。頂層包含 VIN、VO 和接地的主要電源走線，同時還有 TPS54425 引腳的連接以及大面積的接地填充。許多信號走線也位于頂層，輸入去耦電容器盡可能靠近 IC 放置。輸入和輸出連接器、測試點(diǎn)以及大多數(shù)組件位于頂層。連接 VIN 到 VCC 的 0 - Ω 電阻 R3 和電源良好上拉電阻 R4 位于背面。模擬接地和電源接地在頂層靠近 TPS54425 引腳 5 處單點(diǎn)連接。內(nèi)部層 1 是包含模擬和電源接地的分割平面，內(nèi)部層 2 主要是電源接地，但也有 VIN 的填充區(qū)域和將 VCC 路由到啟用控制跳線 JP1 的走線。底層主要是模擬接地，但也有通過 R3 將 VIN 連接到 VCC 的走線、電源良好信號的走線以及從 VOUT 到電壓設(shè)定點(diǎn)分壓網(wǎng)絡(luò)的反饋走線。合理的電路板布局對于模塊的性能和穩(wěn)定性有著重要影響，大家在設(shè)計電路板時，是否會特別關(guān)注這些布局細(xì)節(jié)呢？

六、原理圖、物料清單和參考資料

6.1 原理圖

圖 6 - 1 是 TPS54425EVM - 538 的原理圖，它展示了模塊的電路連接和元件布局，為我們理解模塊的工作原理提供了重要依據(jù)。

6.2 物料清單

物料清單（表 6 - 1）詳細(xì)列出了模塊中各個元件的參數(shù)和型號，這對于我們進(jìn)行元件采購和替換非常有幫助。

6.3 參考資料

參考資料提供了 Texas Instruments 的 TPS54425 單同步轉(zhuǎn)換器（集成高端和低端 MOS FET）的數(shù)據(jù)手冊，這對于深入了解該模塊的技術(shù)細(xì)節(jié)非常有幫助。

七、修訂歷史

從 2010 年 8 月的版本到 2021 年 9 月的版本，文檔更新了表格、圖形和交叉引用的編號格式，并更新了用戶指南的標(biāo)題。

通過對 TPS54425EVM - 608 評估模塊的詳細(xì)介紹，我們可以看到它在電源轉(zhuǎn)換方面的性能和特點(diǎn)。在實際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)這些信息來選擇合適的電源模塊，并進(jìn)行合理的設(shè)計和調(diào)試。大家在使用該模塊的過程中，是否有遇到過一些特殊的問題或者有獨(dú)特的使用經(jīng)驗?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享。