深入解析 TPS54428 降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是一種常見(jiàn)且關(guān)鍵的元件，它能將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓，以滿(mǎn)足各種電子設(shè)備的供電需求。今天，我們就來(lái)深入探討德州儀器（Texas Instruments）的 TPS54428 降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（TPS54428EVM - 052）。

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一、TPS54428 轉(zhuǎn)換器概述

TPS54428 是一款單路、自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間、采用 D - CAP2? 模式的同步降壓轉(zhuǎn)換器。它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，外部元件數(shù)量少，這使得設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔，降低了成本和電路板空間。其 D - CAP2 控制電路針對(duì)低等效串聯(lián)電阻（ESR）的輸出電容進(jìn)行了優(yōu)化，像 POSCAP、SP - CAP 或陶瓷電容都適用，并且無(wú)需外部補(bǔ)償就能實(shí)現(xiàn)快速的瞬態(tài)響應(yīng)。內(nèi)部設(shè)定的開(kāi)關(guān)頻率標(biāo)稱(chēng)值為 650 kHz，同時(shí)，高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān) MOSFET 以及柵極驅(qū)動(dòng)電路都集成在 TPS54428 封裝內(nèi)。MOSFET 的低漏源導(dǎo)通電阻使得 TPS54428 能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并且在高輸出電流時(shí)有助于降低結(jié)溫。此外，它還具備自動(dòng)跳過(guò)的 Eco - mode 操作模式，可提高輕載效率。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) 4 A 的輸出，輸出電壓范圍為 0.76 V 至 6 V。

TPS54428EVM - 052 評(píng)估模塊則是一個(gè)單路同步降壓轉(zhuǎn)換器，能在 4.5 - 18 V 輸入下提供 1.05 V/4 A 的輸出。

二、性能規(guī)格總結(jié)

從這些規(guī)格中，我們可以看出該評(píng)估模塊在多種參數(shù)上表現(xiàn)穩(wěn)定，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的需求。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中，是否會(huì)根據(jù)這些參數(shù)來(lái)判斷該模塊是否適合自己的項(xiàng)目呢？

三、模塊修改

1. 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

如果需要改變?cè)u(píng)估模塊的輸出電壓，需要改變電阻 R1 的值。對(duì)于 0.76 V 至 7 V 的輸出電壓，可以使用公式 (V_{OUT }=0.765V cdotleft(1+frac{R 1}{R 2}right)) 來(lái)計(jì)算 R1 的值。表 3 - 1 列出了一些常見(jiàn)輸出電壓對(duì)應(yīng)的 R1 值。對(duì)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（C4）來(lái)改善相位裕度，印刷電路板上提供了該元件（C4）的焊盤(pán)。

2. 輸出濾波器和閉環(huán)響應(yīng)

TPS54428 依賴(lài)輸出濾波器特性來(lái)確?？刂苹芈返姆€(wěn)定性。表 3 - 1 給出了常見(jiàn)輸出電壓推薦的輸出濾波器組件。也有可能其他輸出濾波器組件值能提供可接受的閉環(huán)特性。為了方便斷開(kāi)控制回路和測(cè)量閉環(huán)響應(yīng)，提供了 R3 和 TP4。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是否會(huì)嘗試不同的濾波器組件值來(lái)優(yōu)化性能呢？

四、測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

1. 輸入/輸出連接

TPS54428EVM - 052 的輸入/輸出連接器和測(cè)試點(diǎn)如表 4 - 1 所示。通過(guò)一對(duì) 20 AWG 電線(xiàn)將能夠提供 2 A 的電源連接到 J1，將負(fù)載通過(guò)一對(duì) 20 AWG 電線(xiàn)連接到 J2，最大負(fù)載電流能力為 4 A。要盡量減少電線(xiàn)長(zhǎng)度以降低電線(xiàn)中的損耗。測(cè)試點(diǎn) TP1 用于監(jiān)測(cè)輸入電壓（(V_{IN})），TP2 作為方便的接地參考；TP8 用于監(jiān)測(cè)輸出電壓，TP9 作為接地參考。

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(xiàn)設(shè)置為從 EN 到 OFF。
2. 向 J1 的 (V{IN}) 和 PGND 端子施加適當(dāng)?shù)?(V{IN}) 電壓。
3. 將 JP1（使能控制）的跳線(xiàn)移動(dòng)到覆蓋 EN 和 ON，此時(shí)評(píng)估模塊將啟用輸出電壓。

   3. 效率

   在環(huán)境溫度為 25°C 時(shí)，TPS54428EVM - 052 的效率如圖 4 - 1 所示，輕載效率如圖 4 - 2 所示。從圖中可以看出，不同輸入電壓下，效率隨輸出電流的變化情況。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否會(huì)根據(jù)效率曲線(xiàn)來(lái)選擇合適的工作點(diǎn)呢？

   4. 負(fù)載調(diào)整率

   TPS54428EVM - 052 的負(fù)載調(diào)整率如圖 4 - 3 所示，以 2 A 負(fù)載時(shí)的輸出電壓作為參考值。通過(guò)該曲線(xiàn)可以了解輸出電壓隨負(fù)載電流的變化情況。

   5. 線(xiàn)性調(diào)整率

   線(xiàn)性調(diào)整率如圖 4 - 4 所示，以 12 V 輸入電壓時(shí)的輸出電壓作為參考值。它反映了輸出電壓隨輸入電壓變化的情況。

   6. 頻率

   TPS54428 使用 Eco - mode? 來(lái)提高輕載效率，這意味著在低負(fù)載條件下頻率會(huì)降低。圖 4 - 5 展示了該部件在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率。

   7. 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

   TPS54428EVM - 052 對(duì)負(fù)載瞬態(tài)階躍的響應(yīng)如圖 4 - 6 和圖 4 - 7 所示，顯示了總峰 - 峰電壓變化。

   8. 輸出電壓紋波

   輸出電壓紋波在不同輸出電流和工作模式下的情況如圖 4 - 8、圖 4 - 9 和圖 4 - 10 所示。

   9. 輸入電壓紋波

   輸入電壓紋波如圖 4 - 11 所示，此時(shí)輸出電流為額定滿(mǎn)載 4 A，輸入電壓設(shè)置為 5 V。

   10. 啟動(dòng)和關(guān)閉

   TPS54428EVM - 052 相對(duì)于 (V_{IN}) 和使能（EN）的啟動(dòng)和關(guān)閉波形分別如圖 4 - 12、圖 4 - 13、圖 4 - 14 和圖 4 - 15 所示。

五、電路板布局

TPS54428EVM - 052 的電路板布局如圖 5 - 1 至圖 5 - 5 所示。頂層包含 (V{IN})、(V{O}) 和接地的主要電源走線(xiàn)，還有 TPS54428 引腳的連接以及大面積的接地區(qū)域。許多信號(hào)走線(xiàn)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(cè)試點(diǎn)以及所有組件都位于頂層。頂層提供了一個(gè)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(diǎn)連接。底層主要是電源接地，但也有一條將 (V{IN}) 連接到使能跳線(xiàn)的走線(xiàn)、一條將 (V{REG5}) 連接到 TP5 的走線(xiàn)以及從 (V_{OUT}) 到電壓設(shè)定點(diǎn)分壓網(wǎng)絡(luò)的反饋?zhàn)呔€(xiàn)。合理的電路板布局對(duì)于降低干擾、提高性能至關(guān)重要，你在設(shè)計(jì)電路板時(shí)會(huì)特別關(guān)注哪些布局要點(diǎn)呢？

六、原理圖、物料清單和參考資料

1. 原理圖

圖 6 - 1 是 TPS54428EVM - 052 的原理圖，展示了各個(gè)元件之間的連接關(guān)系。

2. 物料清單

物料清單（表 6 - 1）列出了評(píng)估模塊中各個(gè)元件的詳細(xì)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。

3. 參考資料

參考資料提供了德州儀器 TPS54428 的數(shù)據(jù)手冊(cè)，可用于進(jìn)一步了解該轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)信息。

七、修訂歷史

文檔從 2011 年 12 月的版本到 2021 年 9 月的版本進(jìn)行了更新，包括表格、圖形和交叉引用的編號(hào)格式更新以及用戶(hù)指南標(biāo)題的更新。

通過(guò)對(duì) TPS54428 降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊的詳細(xì)分析，我們對(duì)其性能、使用方法和設(shè)計(jì)要點(diǎn)有了更深入的了解。在實(shí)際電子設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)這些信息來(lái)選擇合適的元件和設(shè)計(jì)方案，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用的需求。大家在使用類(lèi)似的評(píng)估模塊時(shí)，是否也會(huì)進(jìn)行如此詳細(xì)的分析呢？