TPS54623 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊：設(shè)計(jì)與測試全解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能和應(yīng)用至關(guān)重要。TPS54623 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊（TPS54623EVM - 012）為工程師們提供了一個(gè)便捷的平臺，用于評估和開發(fā)基于 TPS54623 的電源解決方案。本文將深入探討該評估模塊的各個(gè)方面，包括背景信息、性能規(guī)格、測試設(shè)置與結(jié)果、電路板布局以及原理圖和物料清單等內(nèi)容。

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一、TPS54623 背景信息

1.1 芯片特性

TPS54623 是一款 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，能夠提供高達(dá) 6A 的輸出電流。它采用了分離輸入電源軌設(shè)計(jì)，為功率級和控制電路分別提供獨(dú)立的輸入電壓。功率級輸入（PVIN）的額定電壓范圍為 1.6V 至 17V，控制輸入（VIN）的額定電壓范圍為 4.5V 至 17V。評估模塊 TPS54623EVM - 012 同時(shí)提供這兩個(gè)輸入，但在設(shè)計(jì)和測試時(shí)通常將 PVIN 連接到 VIN。

1.2 性能規(guī)格

評估模塊的額定輸入電壓范圍為 8V 至 17V（VIN 啟動(dòng)電壓為 6.521V），輸出電流范圍為 0A 至 6A。在輸入電壓 (V{IN}=12V)、輸出電壓為 3.3V 的條件下，其性能規(guī)格表現(xiàn)出色，例如線路調(diào)節(jié)率在 (I{O}=3A)、(V{IN}=8V) 至 17V 時(shí)為 ±0.02%，負(fù)載調(diào)節(jié)率在 (V{IN}=12V)、(I_{O}=0A) 至 6A 時(shí)為 ±0.013%。

1.3 可修改特性

• 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)：輸出電壓由 R6 和 R7 組成的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)定，R6 固定為 10kΩ，通過改變 R7 的值可以調(diào)整輸出電壓。計(jì)算公式為 (R7=frac{10kΩ × 0.6V}{V_{OUT}-0.6V})。
• 慢啟動(dòng)時(shí)間：慢啟動(dòng)時(shí)間可以通過改變 C9 的值進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算公式為 (C9(nF)=frac{Tss(ms) × Iss(mu A)}{Vref(V)})。評估模塊默認(rèn)使用 (C9 = 0.022mu F)，慢啟動(dòng)時(shí)間約為 6ms。
• 跟蹤輸入：TPS54623 可以在啟動(dòng)期間跟蹤外部電壓，通過 J6 連接器連接外部電壓，并使用電阻分壓器 R5 和 R6 實(shí)現(xiàn)比例或同步跟蹤。
• 可調(diào)欠壓鎖定（UVLO）：UVLO 可以通過 R1 和 R2 進(jìn)行外部調(diào)整。評估模塊使用 (R1 = 35.7kΩ) 和 (R2 = 8.06kΩ) 設(shè)定啟動(dòng)電壓為 6.528V，停止電壓為 6.190V。
• 輸入電壓軌：評估模塊設(shè)計(jì)為適應(yīng)功率級和控制邏輯的不同輸入電壓水平。正常運(yùn)行時(shí)，通過 J5 跳線將 PVIN 和 VIN 連接，由 J1 提供單一輸入電壓。如果需要，可移除 J5 跳線，分別從 J1 和 J4 提供兩個(gè)輸入電壓。

二、測試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

TPS54623EVM - 012 配備了輸入/輸出連接器和測試點(diǎn)。需要將能夠提供 4A 電流的電源通過一對 20AWG 電線連接到 J1，J5 上的跳線必須就位。負(fù)載通過一對 20AWG 電線連接到 J2，最大負(fù)載電流能力為 6A。測試點(diǎn) TP1 用于監(jiān)測 (V_{IN}) 輸入電壓，TP2 作為接地參考；TP3 用于監(jiān)測輸出電壓，TP5 作為接地參考。

2.2 效率測試

評估模塊的效率在負(fù)載電流約為 2A 時(shí)達(dá)到峰值，隨后隨著負(fù)載電流接近滿載而下降。在較高環(huán)境溫度下，由于內(nèi)部 MOSFET 的漏源電阻隨溫度變化，效率可能會(huì)降低。

2.3 輸出電壓調(diào)節(jié)

• 負(fù)載調(diào)節(jié)：在環(huán)境溫度為 25°C 時(shí)，負(fù)載調(diào)節(jié)率表現(xiàn)良好，能夠在不同負(fù)載電流下保持輸出電壓的穩(wěn)定。
• 線路調(diào)節(jié)：線路調(diào)節(jié)率在 (I{O}=3A)、(V{IN}=8V) 至 17V 的范圍內(nèi)為 ±0.02%，確保了輸入電壓變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性。

2.4 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

當(dāng)負(fù)載電流從 25% 到 75% 額定最大負(fù)載（輸入電壓為 12V）進(jìn)行階躍變化時(shí)，評估模塊能夠快速響應(yīng)，總峰 - 峰電壓變化包括輸出紋波和噪聲，恢復(fù)時(shí)間約為 200μs。

2.5 環(huán)路特性

在 (V_{IN}=12V)、負(fù)載電流為 1.9A 的條件下，環(huán)路帶寬為 44.7kHz，相位裕度為 54°，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.6 輸出和輸入電壓紋波

在輸出電流為額定滿載 6A、(V_{IN}=12V) 的情況下，輸出電壓紋波為 18mVPP，輸入電壓紋波為 420mVPP。

2.7 啟動(dòng)特性

• 正常啟動(dòng)：當(dāng)輸入電壓達(dá)到由 R1 和 R2 電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的 UVLO 閾值時(shí)，輸出電壓開始上升。
• 使能啟動(dòng)：通過 J3 跳線將 EN 連接到 GND 可以抑制輸出，移除跳線后，當(dāng) EN 電壓達(dá)到使能閾值電壓時(shí)，啟動(dòng)序列開始，輸出電壓上升到外部設(shè)定的 3.3V。
• 預(yù)偏置啟動(dòng)：TPS54623 能夠在輸出預(yù)偏置的情況下啟動(dòng)，輸出電壓在慢啟動(dòng)序列開始時(shí)不會(huì)放電到地。
• 打嗝模式電流限制：當(dāng)發(fā)生過流事件時(shí)，TPS54623 會(huì)關(guān)閉并重新啟動(dòng)，具有打嗝模式電流限制功能。

三、電路板布局

3.1 布局特點(diǎn)

TPS54623EVM - 012 的電路板布局采用了典型的用戶應(yīng)用方式。頂層、底層和內(nèi)部層均為 2oz 銅。頂層包含 PVIN、VIN、(V_{OUT}) 和 VPHASE 的主要功率走線，以及 TPS54623 其余引腳的連接和大面積的接地區(qū)域。底層和內(nèi)部接地層僅包含接地平面，頂層接地走線通過多個(gè)過孔與底層和內(nèi)部接地平面連接，包括 TPS54623 器件正下方的兩個(gè)過孔，以提供從頂層接地平面到底層接地平面的熱路徑。

3.2 元件布局

輸入去耦電容（C1 和 C2）和自舉電容（C3）盡可能靠近 IC 放置，電壓設(shè)定點(diǎn)電阻分壓器組件也靠近 IC。電壓分壓器網(wǎng)絡(luò)在調(diào)節(jié)點(diǎn)（J2 輸出連接器處的銅 (V_{OUT}) 走線）連接到輸出電壓。對于 TPS54623，根據(jù)評估模塊與輸入電源的連接情況，可能需要額外的輸入大容量電容。關(guān)鍵模擬電路，如電壓設(shè)定點(diǎn)分壓器、頻率設(shè)定電阻、慢啟動(dòng)電容和補(bǔ)償組件，使用與功率接地灌銅分開的寬接地走線接地。

四、原理圖和物料清單

4.1 原理圖

TPS54623EVM - 012 的原理圖展示了各個(gè)元件之間的連接關(guān)系，為工程師提供了電路設(shè)計(jì)的詳細(xì)信息。

4.2 物料清單

物料清單列出了評估模塊所使用的所有元件，包括電容、電阻、電感、連接器、IC 等，為工程師進(jìn)行元件采購和替換提供了參考。

五、總結(jié)

TPS54623 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊為工程師提供了一個(gè)全面的平臺，用于評估和開發(fā)基于 TPS54623 的電源解決方案。通過了解其背景信息、性能規(guī)格、測試設(shè)置與結(jié)果、電路板布局以及原理圖和物料清單等內(nèi)容，工程師可以更好地利用該評估模塊進(jìn)行電源設(shè)計(jì)和優(yōu)化。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師還需要根據(jù)具體需求對模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮驼{(diào)整，以滿足不同的設(shè)計(jì)要求。你在使用 TPS54623 評估模塊時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。