TPS54626降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是一種常見且重要的電路元件。德州儀器（Texas Instruments）的TPS54626是一款單通道、自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間D - CAP2?模式同步降壓轉(zhuǎn)換器，它僅需極少的外部元件。其D - CAP2控制電路針對低ESR輸出電容器（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。開關(guān)頻率內(nèi)部設(shè)定為標(biāo)稱650 kHz，高側(cè)和低側(cè)開關(guān)MOSFET以及柵極驅(qū)動電路都集成在TPS54626封裝內(nèi)。MOSFET的低漏源導(dǎo)通電阻使TPS54626能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并有助于在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。此外，它還具備自動跳過Eco - mode?功能，可在輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)更高效率。該轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)用于從4.5 V至18 V的輸入電壓源提供高達(dá)6.5 A的輸出，輸出電壓范圍為0.76 V至5.5 V。

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二、性能規(guī)格總結(jié)

2.1 輸入輸出范圍

2.2 效率表現(xiàn)

從效率測試結(jié)果來看，在環(huán)境溫度為25°C時(shí)，不同輸入電壓下的效率曲線有所不同。當(dāng)輸入電壓為5 V和12 V時(shí)，隨著輸出電流的增加，效率呈現(xiàn)出一定的變化趨勢。輕載時(shí)，通過自動跳過Eco - mode?功能，能有效提高效率。

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，需要更改電阻R1的值。輸出電壓(V{O})與R1、R2的關(guān)系可通過公式(V{O}=0.765 times(1+frac{R1}{R2}))計(jì)算。表3 - 1列出了一些常見輸出電壓對應(yīng)的R1值。對于1.8 V及以上的較高輸出電壓，可能需要一個(gè)前饋電容（C2）來改善相位裕度，并且為了自動跳過Eco - mode的穩(wěn)定性，建議使用該電容。印刷電路板上提供了該元件（C2）的焊盤。

四、測試設(shè)置與結(jié)果

4.1 輸入/輸出連接

TPS54626EVM - 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3 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5.5 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(V_{IN})輸入電壓，TP2作為接地參考；TP7用于監(jiān)測輸出電壓，TP8作為接地參考。

4.2 啟動程序

啟動評估模塊的步驟如下：

1. 確保JP1（啟用控制）的跳線設(shè)置為從EN到OFF。
2. 將適當(dāng)?shù)?V_{IN})電壓施加到J1的VIN和PGND端子。
3. 將JP1（啟用控制）的跳線移動到覆蓋EN和ON，此時(shí)評估模塊將啟用輸出電壓。

4.3 效率測試

從效率曲線（圖4 - 1）可以看出，在環(huán)境溫度為25°C時(shí)，不同輸入電壓下的效率隨輸出電流的變化情況。輸入電壓為5 V和12 V時(shí)，效率曲線有所不同，工程師可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇合適的輸入電壓。

4.4 輕載效率

輕載效率曲線（圖4 - 2）顯示了在輕載情況下，TPS54626EVM - 608的效率表現(xiàn)。自動跳過Eco - mode?功能在輕載時(shí)發(fā)揮了重要作用，提高了效率。

4.5 負(fù)載調(diào)節(jié)

負(fù)載調(diào)節(jié)曲線（圖4 - 3）展示了在不同輸入電壓下，輸出電壓隨負(fù)載電流的變化情況。這對于評估轉(zhuǎn)換器在不同負(fù)載條件下的穩(wěn)定性非常重要。

4.6 線性調(diào)節(jié)

線性調(diào)節(jié)曲線（圖4 - 4）反映了輸出電壓隨輸入電壓的變化情況。在(I_{OUT}=3.25 A)的條件下，觀察輸入電壓在4 V至18 V范圍內(nèi)變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性。

4.7 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)曲線（圖4 - 5和圖4 - 6）展示了轉(zhuǎn)換器在負(fù)載突然變化時(shí)的響應(yīng)情況。例如，從25%到75%負(fù)載階躍以及從無負(fù)載到75%負(fù)載階躍時(shí)，輸出電壓的變化情況。

4.8 輸出電壓紋波

輸出電壓紋波曲線（圖4 - 7、圖4 - 8和圖4 - 9）顯示了在不同輸出電流下的輸出電壓紋波情況。分別給出了(I{OUT}=6.5 A)、(I{OUT}=300 mA)和(I_{OUT}=10 mA)時(shí)的紋波情況。

4.9 輸入電壓紋波

輸入電壓紋波曲線（圖4 - 10）展示了在(I_{OUT}=6.5 A)時(shí)的輸入電壓紋波情況。

4.10 啟動與關(guān)閉

啟動波形（圖4 - 11和圖4 - 12）分別展示了相對于(V{IN})和EN的啟動情況；關(guān)閉波形（圖4 - 13和圖4 - 14）展示了相對于(V{IN})和EN的關(guān)閉情況。這些波形對于了解轉(zhuǎn)換器的啟動和關(guān)閉特性非常重要。

五、電路板布局

5.1 布局特點(diǎn)

TPS54626EVM - 608的電路板布局包括頂層、內(nèi)部層1、內(nèi)部層2和底層。頂層包含VIN、VOUT和接地的主要電源走線，以及TPS54626引腳的連接和大面積的接地區(qū)域。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)以及大多數(shù)組件位于頂層。R3（連接VIN到VCC的0 - Ω電阻）和R4（電源良好上拉電阻）位于背面。模擬地和電源地在TPS54626引腳5附近的頂層單點(diǎn)連接。內(nèi)部層1是包含模擬和電源地的分割平面，內(nèi)部層2主要是電源地，還有VIN填充區(qū)域和將VCC路由到啟用控制跳線JP1的走線。底層主要是模擬地，還有通過R3連接VIN到VCC的走線、電源良好信號走線以及從VOUT到電壓設(shè)定點(diǎn)分壓網(wǎng)絡(luò)的反饋?zhàn)呔€。

六、原理圖、物料清單和參考資料

6.1 原理圖

圖6 - 1展示了TPS54626EVM - 608的原理圖，清晰地呈現(xiàn)了各個(gè)元件之間的連接關(guān)系。

6.2 物料清單

詳細(xì)的物料清單（表6 - 1）列出了評估模塊中使用的所有元件，包括電容、電感、電阻、連接器、測試點(diǎn)等的參數(shù)和型號。

6.3 參考資料

參考資料為工程師提供了更深入了解TPS54626的途徑，如德州儀器的“4.5V to 18V Input, 6.5 - A Synchronous Step - Down Converter with Eco - mode? Data Sheet”。

七、修訂歷史

從2013年7月的版本到2021年8月的版本，文檔進(jìn)行了一些更新，包括更新用戶指南標(biāo)題、更新表格、圖形和交叉引用的編號格式等。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)這些信息，結(jié)合具體的應(yīng)用需求，對TPS54626降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行合理的使用和優(yōu)化。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。