TPS54228 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

在電子工程師的日常工作中，電源管理芯片的應(yīng)用十分廣泛。今天要給大家介紹的是德州儀器（Texas Instruments）的 TPS54228 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊（TPS54228EVM - 686），下面將從多個方面詳細(xì)介紹這個模塊。

文件下載：TPS54228EVM-686.pdf

一、TPS54228 芯片概述

TPS54228 是一款單通道、自適應(yīng)導(dǎo)通時間、采用 D - CAP2? 模式的同步降壓轉(zhuǎn)換器。它具有以下顯著特點：

• 外部元件數(shù)量少：這使得電路設(shè)計更加簡潔，降低了成本和 PCB 面積。
• D - CAP2? 控制電路：該控制電路針對低 ESR 輸出電容器（如 POSCAP、SP - CAP 或陶瓷類型）進行了優(yōu)化，無需外部補償即可實現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)。
• 固定開關(guān)頻率：內(nèi)部設(shè)定的標(biāo)稱開關(guān)頻率為 700 kHz，有助于穩(wěn)定電路性能。
• 集成 MOSFET：高側(cè)和低側(cè)開關(guān) MOSFET 以及柵極驅(qū)動電路都集成在 TPS54228 封裝內(nèi)，低的 MOSFET 漏源導(dǎo)通電阻使得該芯片能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并在高輸出電流時保持較低的結(jié)溫。
• Eco 模式：具備自動跳過的 Eco 模式操作，可提高輕載效率。

該芯片能夠在 4.5 V 至 18 V 的輸入電壓源下提供高達(dá) 2 A 的輸出，輸出電壓范圍為 0.76 V 至 7.0 V。TPS54228EVM - 686 評估模塊則是一個單通道同步降壓轉(zhuǎn)換器，可在 4.5 - 18 V 輸入下提供 1.05 V、2 A 的輸出。

二、性能規(guī)格總結(jié)

輸入輸出參數(shù)

這些參數(shù)為我們在實際應(yīng)用中評估該模塊的性能提供了重要依據(jù)。大家在設(shè)計電路時，要根據(jù)具體需求來參考這些參數(shù)，思考如何優(yōu)化電路以達(dá)到最佳性能。

三、模塊修改

輸出電壓設(shè)定點

如果需要改變評估模塊的輸出電壓，需要改變電阻 R1 的值。對于 0.76 V 至 7.0 V 的輸出電壓，可以使用公式 (V_O = 0.765 times (1 + frac{R1}{R2})) 來計算 R1 的值。表 3 - 1 列出了一些常見輸出電壓對應(yīng)的 R1 值，不過這些電阻值是標(biāo)準(zhǔn)值，并非通過公式精確計算得出。對于 1.8 V 或更高的輸出電壓，可能需要一個前饋電容（C4）來改善相位裕度，印刷電路板上提供了該組件（C4）的焊盤。

輸出濾波器和閉環(huán)響應(yīng)

TPS54228 依靠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。不過，其他輸出濾波器組件值也可能提供可接受的閉環(huán)特性。R3 和 TP4 方便我們斷開控制環(huán)路并測量閉環(huán)響應(yīng)。在實際設(shè)計中，大家可以根據(jù)具體情況調(diào)整這些組件的值，以達(dá)到最佳的閉環(huán)響應(yīng)。

四、測試設(shè)置與結(jié)果

輸入/輸出連接

TPS54228EVM - 686 提供了輸入/輸出連接器和測試點。需要使用能夠提供 2 A 電流的電源通過一對 20 AWG 電線連接到 J1，負(fù)載通過一對 20 AWG 電線連接到 J2，最大負(fù)載電流能力為 2 A。為了減少電線中的損耗，應(yīng)盡量縮短電線長度。測試點 TP1 用于監(jiān)測輸入電壓（VIN），TP2 作為接地參考；TP8 用于監(jiān)測輸出電壓，TP9 作為接地參考。

啟動程序

1. 確保 JP1（使能控制）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（使能控制）的跳線移動到覆蓋 EN 和 ON，此時評估模塊將啟用輸出電壓。

各項測試結(jié)果

• 效率：在環(huán)境溫度為 25°C 時，給出了不同輸入電壓下的效率曲線，包括正常負(fù)載和輕載情況下的效率。從曲線中我們可以看到，在不同輸入電壓和輸出電流下，模塊的效率表現(xiàn)有所不同。大家可以思考如何根據(jù)這些效率曲線來優(yōu)化電源設(shè)計，以提高整個系統(tǒng)的效率。
• 負(fù)載調(diào)整率：通過不同輸入電壓下的負(fù)載調(diào)整率曲線（如 (V{IN}=5V) 和 (V{IN}=12V)），可以看到輸出電壓隨輸出電流變化的情況。這對于需要穩(wěn)定輸出電壓的應(yīng)用非常重要，我們可以根據(jù)這些曲線來評估模塊在不同負(fù)載下的性能。
• 線性調(diào)整率：線性調(diào)整率曲線展示了輸出電壓隨輸入電壓變化的情況，有助于我們了解模塊在輸入電壓波動時的穩(wěn)定性。
• 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)：當(dāng)電流從 0.5 A 階躍到 1.5 A 時，給出了模塊的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)曲線，顯示了總峰 - 峰電壓變化。這對于需要快速響應(yīng)負(fù)載變化的應(yīng)用至關(guān)重要。
• 輸出電壓紋波：分別給出了額定滿載（2 A）、Eco 模式啟動時（30 mA）和 Eco 模式運行時（0 mA）的輸出電壓紋波曲線。輸出電壓紋波的大小會影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能，我們需要根據(jù)這些曲線來評估模塊在不同工作狀態(tài)下的紋波情況。
• 輸入電壓紋波：給出了額定滿載（2 A）時的輸入電壓紋波曲線，這有助于我們了解模塊對輸入電源的影響。
• 啟動：分別給出了相對于 (V_{IN}) 和使能（EN）的啟動波形，讓我們可以直觀地看到模塊在啟動過程中的電壓變化情況。

五、電路板布局

布局特點

TPS54228EVM - 686 的電路板布局具有以下特點：

• 頂層：包含 VIN、VO 和接地的主要電源走線，還有 TPS54228 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、測試點以及所有組件都位于頂層，頂層還提供了一個模擬接地（GND）區(qū)域，模擬接地（GND）和電源接地（PGND）在頂層靠近 C6 的單點連接。
• 底層：主要是電源接地，但也有一條將 VIN 連接到使能跳線的走線、一條將 VREG5 連接到 TP5 的走線，以及從 VOUT 到電壓設(shè)定點分壓網(wǎng)絡(luò)的反饋走線。

合理的電路板布局對于模塊的性能至關(guān)重要，大家在設(shè)計自己的電路時，可以參考這種布局方式，思考如何優(yōu)化布局以減少干擾和提高性能。

六、原理圖、物料清單和參考資料

原理圖

提供了 TPS54228EVM - 686 的原理圖，從原理圖中我們可以清晰地看到各個組件之間的連接關(guān)系，這對于理解電路的工作原理非常有幫助。

物料清單

詳細(xì)列出了模塊中各個組件的信息，包括參考編號、數(shù)量、值、描述、尺寸、零件編號和制造商等。這對于采購組件和進行電路組裝非常重要。

參考資料

提供了德州儀器 TPS54228 的數(shù)據(jù)手冊作為參考，大家可以進一步查閱該數(shù)據(jù)手冊以獲取更詳細(xì)的芯片信息。

七、修訂歷史

從 2011 年 5 月的版本到 2021 年 10 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。了解修訂歷史可以幫助我們了解文檔的更新情況，以及可能存在的改進和變化。

通過以上對 TPS54228 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊的詳細(xì)介紹，相信大家對該模塊有了更深入的了解。在實際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)這些信息來設(shè)計和優(yōu)化電路，以滿足不同的需求。大家在使用過程中遇到什么問題，歡迎一起交流探討。