TPS54225降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊使用指南

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。TPS54225作為一款高效的降壓轉(zhuǎn)換器，其評(píng)估模塊TPS54225EVM - 538為工程師提供了一個(gè)直觀的測試和驗(yàn)證平臺(tái)。下面將詳細(xì)介紹該評(píng)估模塊的相關(guān)內(nèi)容。

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一、引言

1.1 背景

TPS54225是一款單通道、自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間的D - CAP2?模式同步降壓轉(zhuǎn)換器，它所需的外部元件數(shù)量極少。D - CAP2控制電路針對(duì)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)能力，且無需外部補(bǔ)償。其開關(guān)頻率內(nèi)部設(shè)定為標(biāo)稱700kHz，高端和低端開關(guān)MOSFET以及柵極驅(qū)動(dòng)電路都集成在TPS54225封裝內(nèi)。MOSFET的低漏源導(dǎo)通電阻使得TPS54225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。該DC/DC同步轉(zhuǎn)換器可在4.5V至18V的輸入控制電壓源和2V至18V的輸入電源電壓源下提供高達(dá)2A的輸出，輸出電壓范圍為0.76V至5.5V。TPS54225EVM - 538評(píng)估模塊則是一個(gè)單同步降壓轉(zhuǎn)換器，可在5V至17V輸入下提供1.05V、2A的輸出。

1.2 性能規(guī)格總結(jié)

1.3 修改

評(píng)估模塊設(shè)計(jì)用于展示TPS54225的特性，部分修改是可行的。比如要改變EVM的輸出電壓，需要改變電阻R1的值。對(duì)于0.76V至2.5V的輸出電壓，可使用公式(V{O}=0.765 times(1+frac{R1}{R2}))計(jì)算；對(duì)于超過2.5V的輸出電壓，使用公式(V{O}=(0.763 + 0.0017 times V_{O}) times(1+frac{R1}{R2}))。表1 - 3列出了一些常見輸出電壓對(duì)應(yīng)的R1值。對(duì)于更高的輸出電壓，可能需要一個(gè)前饋電容C2，印刷電路板上提供了該元件的焊盤，但C2通常用于更快的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，一般不使用。

二、測試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

TPS54225EVM - 538配備了輸入/輸出連接器和測試點(diǎn)。必須通過一對(duì)20AWG電線將能夠提供2A電流的電源連接到J1，負(fù)載通過一對(duì)20AWG電線連接到J2，最大負(fù)載電流能力為2A。為減少電線損耗，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；TP8用于監(jiān)測輸出電壓，TP9作為接地參考。

2.2 啟動(dòng)程序

啟動(dòng)評(píng)估模塊的步驟如下：

1. 確保JP1（使能控制）的跳線設(shè)置為從EN到OFF。
2. 將合適的(V{IN})電壓施加到J1的(V{IN})和PGND端子。
3. 將JP1（使能控制）的跳線移動(dòng)到覆蓋EN和ON，EVM將啟用輸出電壓。

2.3 效率

圖2 - 1展示了TPS54225EVM - 538在環(huán)境溫度25°C時(shí)的效率情況。從圖中可以直觀地看到不同輸入電壓和輸出電流下的效率變化。

2.4 負(fù)載調(diào)節(jié)

圖2 - 2顯示了TPS54225EVM - 538的負(fù)載調(diào)節(jié)情況。通過該圖可以分析輸出電壓隨負(fù)載電流變化的情況。

2.5 線性調(diào)節(jié)

圖2 - 3展示了TPS54225EVM - 538的線性調(diào)節(jié)情況，反映了輸入電壓變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性。

2.6 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

圖2 - 4顯示了TPS54225EVM - 538對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)，電流階躍從0.5A到2A，可看到總峰 - 峰電壓變化情況。

2.7 輸出電壓紋波

圖2 - 5展示了TPS54225EVM - 538在額定滿載2A輸出電流時(shí)的輸出電壓紋波情況。

2.8 輸入電壓紋波

圖2 - 6顯示了TPS54225EVM - 538在額定滿載2A輸出電流時(shí)的輸入電壓紋波情況。

2.9 啟動(dòng)

圖2 - 7展示了TPS54225EVM - 538的啟動(dòng)波形。

2.10 開關(guān)頻率

圖2 - 8顯示了TPS54225EVM - 538的開關(guān)頻率情況。

三、電路板布局

3.1 布局

TPS54225EVM - 538的電路板布局如圖3 - 1至圖3 - 6所示。頂層包含(V{IN})、(V{O})和接地的主要電源走線，還有TPS54225引腳的連接以及大面積的接地填充。許多信號(hào)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)元件都位于頂層。R3（連接(V{IN})到(V{CC})的0Ω電阻）和R4（電源良好上拉電阻）位于背面。模擬地和電源地在頂層靠近TPS54225引腳5的單點(diǎn)連接。內(nèi)部層1是一個(gè)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(V{IN})的填充區(qū)域和將(V{CC})路由到使能控制跳線JP1的走線。底層主要是模擬地，還有通過R3連接(V{IN})到(V{CC})的走線、電源良好信號(hào)走線以及從(V_{OUT})到電壓設(shè)定點(diǎn)分壓網(wǎng)絡(luò)的反饋?zhàn)呔€。

四、原理圖、物料清單和參考

4.1 原理圖

圖4 - 1是TPS54225EVM - 538的原理圖，清晰地展示了電路的連接和元件布局。

4.2 物料清單

表4 - 1詳細(xì)列出了評(píng)估模塊所需的元件信息，包括元件的數(shù)量、值、描述、尺寸、零件編號(hào)和制造商等。

4.3 參考

參考資料為Texas Instruments的TPS54225單同步轉(zhuǎn)換器，包含集成的高端和低端MOS FET相關(guān)內(nèi)容。

五、修訂歷史

從2009年11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(hào)格式，同時(shí)更新了指南標(biāo)題。

在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)這些信息對(duì)TPS54225EVM - 538評(píng)估模塊進(jìn)行測試和驗(yàn)證，同時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)模塊進(jìn)行修改和優(yōu)化。大家在使用過程中有沒有遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。