TPS54494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，電源管理模塊的性能至關(guān)重要。TPS54494作為一款雙路、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)量的特點(diǎn)備受關(guān)注。它的D - CAP2控制電路針對低ESR輸出電容（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷類型）進(jìn)行了優(yōu)化，具備快速瞬態(tài)響應(yīng)且無需外部補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢。其內(nèi)部設(shè)定的開關(guān)頻率標(biāo)稱值為700 kHz，并且在TPS54494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，低的MOSFET漏源導(dǎo)通電阻使得該轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并在高輸出電流時保持較低的結(jié)溫。此外，它還具有自動跳過Eco - mode操作，可提高輕載效率。

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TPS54494雙路DC/DC同步轉(zhuǎn)換器能夠在4.5 V至18 V的輸入電壓源下，在CH1提供高達(dá)4 A的輸出，在CH2提供2 A的輸出，輸出電壓范圍為0.76 V至7 V。TPS54494EVM評估模塊則是一款雙路同步降壓轉(zhuǎn)換器，在CH1提供3.3 V/4 A的輸出，在CH2提供1.5 V/2 A的輸出。下面我們將詳細(xì)介紹該評估模塊的各項(xiàng)性能及使用方法。

二、性能規(guī)格總結(jié)

2.1 輸入輸出參數(shù)

2.2 其他性能參數(shù)

在輸入電壓(V_{INx}=12V)，輸出電壓為3.3 V和1.5 V，環(huán)境溫度25°C的條件下，各項(xiàng)性能參數(shù)如下：

• 工作頻率：當(dāng)(V{IN1}=V{IN2}=12V)，(I{OUT1}=2A)，(I{OUT2}=1A)時，工作頻率為700 kHz。
• 線路調(diào)節(jié)率：
  • CH1：(I{OUT1}=2A)，(I{OUT2}=0A)，(V{IN1}=V{IN2}=6V - 18V)時，調(diào)節(jié)率為 + 0.25%至 - 0.52%。
  • CH2：(I{OUT2}=1A)，(I{OUT1}=0A)，(V{IN1}=V{IN2}=5V - 18V)時，調(diào)節(jié)率為 + 0.2%至 - 0.4%。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)率：
  • CH1：(V{IN1}=V{IN2}=12V)，(I_{OUT1}=0A - 4A)時，調(diào)節(jié)率為 + 0.65%至 - 0.1%。
  • CH2：(V{IN1}=V{IN2}=12V)，(I_{OUT2}=0A - 2A)時，調(diào)節(jié)率為 + 0.6%至 - 0.05%。
• 過流限制：
  • CH1：(V_{IN1}=12V)，(L1 = 2.2μH)時，過流限制為4.5 A - 7.0 A。
  • CH2：(V_{IN2}=12V)，(L1 = 1.5μH)時，過流限制為2.8 A - 5.0 A。
• 輸出紋波電壓：
  • CH1：(V{IN1}=12V)，(I{OUTx}=4A)時，紋波電壓為15 mVPP。
  • CH2：(V{IN2}=12V)，(I{OUTx}=2A)時，紋波電壓為25 mVPP。
• 最大效率：
  • CH1：(V{IN1}=5V)，(I{OUTx}=0.7A)時，最大效率為94.9%。
  • CH2：(V{IN2}=5V)，(I{OUTx}=0.7A)時，最大效率為90.1%。

三、模塊修改

3.1 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

若要改變評估模塊的輸出電壓，需要改變反饋分壓器的上拉電阻R1或R3的值。可以參考圖5 - 1中的頂層組件來定位靠近輸出連接器的電阻。通過改變R1或R3的值，可以將輸出電壓調(diào)整到0.765 V以上。對于特定輸出電壓，R1或R3的值可通過公式(V{OUT 1}=0.765 V times(1+frac{R 1}{R 2}))；(V{OUT 2}=0.765 V times(1+frac{R 3}{R 4}))計算得出。表3 - 1列出了一些常見輸出電壓對應(yīng)的R1或R3值。當(dāng)輸出電壓為1.8 V及以上時，可能需要一個前饋電容（C21或C20）來改善相位裕度，印刷電路板上提供了該組件的焊盤。

3.2 輸出濾波器和閉環(huán)響應(yīng)

TPS54494依賴輸出濾波器特性來確?？刂骗h(huán)路的穩(wěn)定性。表3 - 1給出了常見輸出電壓推薦的輸出濾波器組件。其他輸出濾波器組件值也可能提供可接受的閉環(huán)特性。R11和R12方便用于斷開控制環(huán)路并測量閉環(huán)響應(yīng)。

四、測試設(shè)置與結(jié)果

4.1 輸入/輸出連接

TPS54494EVM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4 A的電源連接到J1。負(fù)載必須通過一對20 AWG電線連接到J3和/或J2，最大負(fù)載電流能力為2×2 A。應(yīng)盡量減小電線長度以減少電線中的損耗。測試點(diǎn)TP1用于監(jiān)測輸入電壓(V_{IN})，TP7提供方便的接地參考。TP4和TP3用于監(jiān)測輸出電壓，TP5和TP6作為接地參考。

4.2 啟動程序

1. 確保J4和/或J5（啟用控制）的跳線從ENx設(shè)置為off。
2. 將適當(dāng)?shù)?V_{IN})電壓施加到J1的VIN和PGND端子。
3. 將J4和/或J5（啟用控制）的跳線移動到覆蓋ENx和on，評估模塊將啟用相應(yīng)的輸出電壓。

4.3 效率

• 轉(zhuǎn)換器1效率：在環(huán)境溫度25°C下，圖4 - 1展示了TPS54494EVM上轉(zhuǎn)換器1的效率曲線，圖4 - 2展示了其輕載效率曲線。
• 轉(zhuǎn)換器2效率：同樣在25°C環(huán)境溫度下，圖4 - 3展示了轉(zhuǎn)換器2的效率曲線，圖4 - 4展示了其輕載效率曲線。

4.4 負(fù)載調(diào)節(jié)

• 轉(zhuǎn)換器1負(fù)載調(diào)節(jié)：圖4 - 5顯示了TPS54494EVM上轉(zhuǎn)換器1的負(fù)載調(diào)節(jié)情況，其負(fù)載調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換器2的負(fù)載無關(guān)。
• 轉(zhuǎn)換器2負(fù)載調(diào)節(jié)：圖4 - 6顯示了轉(zhuǎn)換器2的負(fù)載調(diào)節(jié)情況，對于5 V輸入電壓，轉(zhuǎn)換器2在評估模塊上顯示出對轉(zhuǎn)換器1負(fù)載的一定依賴性。

4.5 線路調(diào)節(jié)

• 轉(zhuǎn)換器1線路調(diào)節(jié)：圖4 - 7展示了轉(zhuǎn)換器1的線路調(diào)節(jié)情況。
• 轉(zhuǎn)換器2線路調(diào)節(jié)：圖4 - 8展示了轉(zhuǎn)換器2的線路調(diào)節(jié)情況。

4.6 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

• 轉(zhuǎn)換器1負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)：圖4 - 9顯示了轉(zhuǎn)換器1對負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)。
• 轉(zhuǎn)換器2負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)：圖4 - 10顯示了轉(zhuǎn)換器2對負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)。

4.7 輸出電壓紋波

• 轉(zhuǎn)換器1輸出電壓紋波：圖4 - 11展示了轉(zhuǎn)換器1在額定滿載4 A時的輸出電壓紋波，圖4 - 12展示了其在Eco - mode?無負(fù)載運(yùn)行時的輸出電壓紋波。
• 轉(zhuǎn)換器2輸出電壓紋波：圖4 - 13展示了轉(zhuǎn)換器2在額定滿載2 A時的輸出電壓紋波，圖4 - 14展示了其在Eco - mode?無負(fù)載運(yùn)行時的輸出電壓紋波。

4.8 輸入電壓紋波

圖4 - 15展示了TPS54494EVM在CH1輸出4 A、CH2輸出2 A額定滿載電流時的輸入電壓紋波。

4.9 啟動

• 轉(zhuǎn)換器1啟動：圖4 - 16展示了轉(zhuǎn)換器1相對于(V_{IN})的啟動波形，圖4 - 17展示了其相對于EN1的啟動波形。
• 轉(zhuǎn)換器2啟動：圖4 - 18展示了轉(zhuǎn)換器2相對于(V_{IN})的啟動波形，圖4 - 19展示了其相對于EN2的啟動波形。

五、電路板布局

TPS54494EVM的電路板布局如圖5 - 1至圖5 - 6所示。頂層包含VIN和VOUTx的主電源走線，還有TPS54494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。輸入去耦電容盡可能靠近IC放置。輸入和輸出連接器、測試點(diǎn)以及所有組裝組件都位于頂層。頂層提供了一個模擬接地（GND）區(qū)域，模擬接地（GND）和電源接地（PGND）在靠近IC的頂層單點(diǎn)連接。其他層主要是電源接地，但底層有一些走線用于連接SSx和ENx的測試點(diǎn)。

六、原理圖、物料清單和參考資料

6.1 原理圖

圖6 - 1為TPS54494EVM的原理圖，它清晰地展示了各個組件之間的連接關(guān)系，對于理解電路的工作原理至關(guān)重要。

6.2 物料清單

表6 - 1列出了評估模塊的物料清單，包括各個組件的數(shù)量、參考編號、值、描述、尺寸、零件編號和制造商等信息。當(dāng)輸出電壓設(shè)置高于4 V時，C14 - C19必須更換為具有更高電壓額定值的電容器。

6.3 參考資料

可參考德州儀器的TPS54494，3 - A雙通道同步降壓開關(guān)器帶集成FET的數(shù)據(jù)手冊。

七、修訂歷史

從2012年8月的版本到2021年8月的版本，文檔更新了表格、圖形和交叉引用的編號格式，并更新了用戶指南標(biāo)題。

通過以上對TPS54494降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊的詳細(xì)介紹，相信電子工程師們對該模塊有了更深入的了解。在實(shí)際設(shè)計中，大家可以根據(jù)這些性能參數(shù)和測試結(jié)果，合理選擇和使用該模塊，以滿足不同的應(yīng)用需求。你在使用這類模塊時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。