TPS56C215 SWIFT? 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

一、引言

德州儀器（Texas Instruments）的TPS56C215是一款同步降壓轉(zhuǎn)換器，能夠提供高達(dá)14A的輸出電流，輸入電壓范圍為4.5V至17V。TPS56C215EVM - 762評估模塊旨在展示使用該調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)時所需的小印刷電路板面積。下面我們將詳細(xì)介紹該評估模塊的相關(guān)信息，包括其背景、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。

文件下載：TPS56C215EVM-762.pdf

1.1 背景

TPS56C215采用專有的DCAP3控制模式，通過MODE引腳可選擇輸出電流限制、開關(guān)頻率以及強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式（FCCM）/不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）操作。評估模塊的MODE引腳配置為1.2MHz開關(guān)頻率、12A和DCM操作。該轉(zhuǎn)換器將高端和低端MOSFET以及柵極驅(qū)動電路集成在封裝內(nèi)，MOSFET的低漏源導(dǎo)通電阻使得TPS56C215能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并有助于在高輸出電流時保持較低的結(jié)溫。此外，外部分壓器允許輸出電壓可調(diào)，同時該轉(zhuǎn)換器還提供可調(diào)的軟啟動、欠壓鎖定輸入和電源良好輸出。

1.2 性能規(guī)格總結(jié)

TPS56C215EVM - 762的性能規(guī)格總結(jié)如下表所示，除非另有說明，測試條件為輸入電壓(V_{IN}=12V)，輸出電壓為1.2V，環(huán)境溫度為25°C。

1.3 修改

該評估模塊旨在提供對TPS56C215功能的訪問，并且可以進(jìn)行一些修改。

• 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)：輸出電壓由電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)R7（(R{(TOP)})）和R9（(R{(BOT)})）設(shè)置，R9固定為10.0kΩ。要更改評估模塊的輸出電壓，需要更改電阻R7的值。對于特定輸出電壓，R7的值可以使用公式(R{(TOP)}=frac{R{(BOT)} xleft(V{OUT}-V{REF}right)}{V_{REF}})計(jì)算。
• 可調(diào)欠壓鎖定（UVLO）：欠壓鎖定（UVLO）可以使用R1（(R{EN(TOP)})）和R2（(R{EN(BOT)})）進(jìn)行外部調(diào)整。評估模塊上未安裝R1和R2，使用內(nèi)部UVLO默認(rèn)設(shè)置。詳細(xì)的外部UVLO設(shè)置說明請參考TPS56C215數(shù)據(jù)手冊（SLVSD05）。

二、測試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

TPS56C215EVM - 762提供了輸入/輸出連接器和測試點(diǎn)，具體信息如下表所示。必須通過一對20 - AWG或更粗的電線將能夠提供大于4A電流的電源連接到J1，負(fù)載必須通過一對20 - AWG或更粗的電線連接到J2，最大負(fù)載電流能力為12A。應(yīng)盡量減小電線長度以減少電線中的損耗。測試點(diǎn)TP1用于監(jiān)測(V_{IN})輸入電壓，TP2提供方便的接地參考；TP9用于監(jiān)測輸出電壓，TP10作為接地參考。

2.2 效率

該評估模塊的效率在負(fù)載電流約為5A時達(dá)到峰值，然后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。在環(huán)境溫度為25°C時，TPS56C215EVM - 762的效率曲線如圖2 - 1和圖2 - 2所示。需要注意的是，由于內(nèi)部MOSFET的漏源電阻隨溫度變化，在較高環(huán)境溫度下效率可能會降低。

2.3 輸出電壓負(fù)載調(diào)節(jié)

圖2 - 3和圖2 - 4展示了TPS56C215EVM - 762在(V{IN}=5V)和(V{IN}=12V)時的負(fù)載調(diào)節(jié)情況，測量是在環(huán)境溫度為25°C下進(jìn)行的。

2.4 輸出電壓線路調(diào)節(jié)

圖2 - 5顯示了TPS56C215EVM - 762的線路調(diào)節(jié)情況。

2.5 負(fù)載瞬態(tài)

圖2 - 6展示了TPS56C215EVM - 762對負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)，電流階躍從3A到9A，電流階躍斜率為1A/μs，總峰 - 峰電壓變化包括輸出上的紋波和噪聲，瞬態(tài)波形使用板載快速瞬態(tài)電路進(jìn)行測量。

2.6 環(huán)路特性

圖2 - 7顯示了TPS56C215EVM - 762在(V_{IN}=12V)、負(fù)載電流為5A時的環(huán)路響應(yīng)特性，包括增益和相位圖。

2.7 輸出電壓紋波

圖2 - 8、圖2 - 9和圖2 - 10分別展示了TPS56C215EVM - 762在負(fù)載電流為10mA、800mA和12A時的輸出電壓紋波，(V_{IN}=12V)，紋波電壓直接在TP7和TP8之間測量。

2.8 輸入電壓紋波

圖2 - 11、圖2 - 12和圖2 - 13分別展示了TPS56C215EVM - 762在負(fù)載電流為10mA、800mA和12A時的輸入電壓紋波，(V_{IN}=12V)，紋波電壓直接在TP1和TP2之間測量。

2.9 上電

圖2 - 14和圖2 - 15展示了TPS56C215EVM - 762的啟動波形。在圖2 - 14中，當(dāng)輸入電壓達(dá)到UVLO閾值時，輸出電壓立即上升；在圖2 - 15中，首先施加輸入電壓，通過J2處的跳線將EN接地來抑制輸出，移除跳線后，EN釋放，當(dāng)EN電壓達(dá)到啟用閾值電壓時，啟動序列開始，輸出電壓上升到外部設(shè)置的1.2V值。

2.10 斷電

圖2 - 16和圖2 - 17展示了TPS56C215EVM - 762的關(guān)機(jī)波形，輸入電壓為12V，負(fù)載為1Ω。

三、電路板布局

3.1 布局

TPS56C215EVM - 762的電路板布局如圖3 - 1至圖3 - 5所示。評估模塊的頂層布局采用典型的用戶應(yīng)用方式，頂層、底層和內(nèi)部層均為2盎司銅。

• 頂層包含(V{IN})、(V{OUT})和SW的主電源走線，以及TPS56C215其余引腳的連接和大部分信號走線，有大面積的接地區(qū)域。
• 內(nèi)部層1是專用接地平面，有一個用于安靜模擬接地的孤島，該孤島在單點(diǎn)連接到主電源接地平面。
• 內(nèi)部層2包含額外的大接地銅區(qū)域以及額外的(V{IN})和(V{OUT})銅填充。
• 底層是另一個接地平面，有兩條額外的走線用于輸出電壓反饋和BST電容器連接。頂層接地走線通過電路板周圍放置的多個過孔連接到底層和內(nèi)部接地平面。 輸入去耦電容器和自舉電容器都盡可能靠近IC放置，電壓設(shè)定點(diǎn)電阻分壓器組件也靠近IC。分壓器網(wǎng)絡(luò)在調(diào)節(jié)點(diǎn)（TP9測試點(diǎn)處的銅(V_{OUT})走線）連接到輸出電壓。對于TPS56C215，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器。關(guān)鍵模擬電路，如電壓設(shè)定點(diǎn)分壓器、EN電阻、SS電容器、MODE電阻和AGND引腳，連接到內(nèi)部層1上的安靜模擬接地孤島。

四、原理圖和物料清單

4.1 原理圖

圖4 - 1為TPS56C215EVM - 762的原理圖。

4.2 物料清單

TPS56C215EVM - 762的物料清單如下表所示：

五、修訂歷史

該文檔有多次修訂，不同版本之間存在一些更改，如更新用戶指南標(biāo)題、更改表格和圖的編號格式、修改原理圖中的引腳等。詳細(xì)的修訂歷史如下：

• 從修訂版B（2017年8月）到修訂版C（2021年6月）：更新了用戶指南標(biāo)題，更新了文檔中表格、圖形和交叉引用的編號格式。
• 從修訂版A（2016年4月）到修訂版B（2017年8月）：更改了TPS56C215EVM - 762原理圖中的引腳17和引腳18。
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