TPS62102 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，降壓轉(zhuǎn)換器是一種常見且重要的電路元件。今天我們就來詳細(xì)了解一下德州儀器（Texas Instruments）的 TPS62102 降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊。

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一、TPS62102 降壓轉(zhuǎn)換器的特性

TPS62102 是一款低功耗、高效率的降壓轉(zhuǎn)換器，具有以下顯著特性：

1. 寬輸入輸出范圍：輸入范圍為 2.5 - 9V，輸出范圍為 0.8 - 8V，能夠適應(yīng)多種不同的電源和負(fù)載需求。
2. 雙自動(dòng)模式：具備雙自動(dòng)模式，可在輕負(fù)載時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行，有助于降低功耗。
3. 可外部同步：支持外部同步功能，能與外部信號(hào)源同步，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和兼容性。
4. 寬占空比范圍：占空比范圍為 0% - 100%，可靈活調(diào)整輸出電壓。
5. 低電流特性：采用 BICMOS 工藝，具有低靜態(tài)、待機(jī)和關(guān)斷電流，進(jìn)一步降低功耗。
6. 封裝形式：采用 8 引腳 SOIC (D) 封裝，便于安裝和焊接。

二、評(píng)估模塊描述

TPS62102EVM - 01 評(píng)估模塊是一個(gè)完全組裝好且可直接測(cè)試的模塊。它展示了一個(gè)自動(dòng)模式切換的轉(zhuǎn)換器，能夠在 3.3V 輸出時(shí)提供 500mA 的輸出電流。該轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率為 1MHz 自由運(yùn)行，此外還有標(biāo)稱開關(guān)頻率為 300kHz、600kHz 和 2MHz 的版本可供選擇。需要注意的是，這些基本頻率的選擇是為了盡量減少與 455kHz 中頻 (IF) 電路的相互干擾。

用戶需要為該評(píng)估模塊提供電源和合適的負(fù)載。在這個(gè)配置中，轉(zhuǎn)換器的閉環(huán)帶寬約為 40kHz。

評(píng)估模塊允許用戶控制 TPS62102 的 SD/SYNC 和 MODE 引腳：

1. MODE 引腳：默認(rèn)情況下，MODE (CB1) 引腳應(yīng)保持浮空，這樣 TPS62102 可以自動(dòng)確定是在連續(xù)頻率模式還是脈沖頻率調(diào)制 (PFM) 模式下運(yùn)行。
2. SD/SYNC 引腳：默認(rèn)情況下，SD/SYNC 引腳通過跳線接地，使 TPS62102 自由運(yùn)行。該引腳不能浮空，否則會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定和不可預(yù)測(cè)的行為。若要將轉(zhuǎn)換器與外部源同步，需將外部源連接到 CB2 的中間引腳，外部源的輸出脈沖頻率應(yīng)高于轉(zhuǎn)換器的自由運(yùn)行頻率，脈沖幅度應(yīng)在 2V 到評(píng)估模塊的 VIN 之間，同步信號(hào)的最小脈沖寬度為 50ns。此外，將 SD/SYNC 引腳拉至 2V 或更高并保持，可使轉(zhuǎn)換器關(guān)閉并進(jìn)入低電流運(yùn)行模式，關(guān)閉操作大約在 SD/SYNC 引腳拉高 20ms 后發(fā)生。

三、反饋考慮因素

3.1 誤差放大器

芯片中的誤差放大器對(duì)反饋回路的設(shè)計(jì)有重要影響。為了獲得一個(gè)實(shí)際的模型，假設(shè)誤差放大器具有 80dB（直流）增益和 2MHz 的增益帶寬積 (GBWP)。雖然這個(gè)假設(shè)可能有點(diǎn)保守，但能確保在這些約束條件下設(shè)計(jì)出穩(wěn)定的回路。

3.2 開環(huán)小信號(hào)交流模型

通過圖 3 - 2 所示的電路來定義該評(píng)估模塊的反饋回路。M1 是對(duì)應(yīng)輸入電壓和 PWM 增益的集總增益。在芯片中，斜坡高度約為 1V，因此在自由運(yùn)行情況下，PWM 增益為 100%/V 或僅為 1。8 倍因子來自 8V 的輸入電壓，PWM 增益會(huì)隨著同步而增加。例如，將一個(gè)標(biāo)稱 1MHz 的自由運(yùn)行振蕩器同步到 1.2MHz 時(shí)，PWM 增益會(huì)增加，計(jì)算公式為： [G{SYNC}=frac{F{SYNC}}{F{FREE}} × G{FREE}] 其中，$G{FREE}$ 是自由運(yùn)行的 PWM 增益（這里為 1），$G{SYNC}$ 是同步后的 PWM 增益，$F{FREE}$ 是自由運(yùn)行的振蕩器頻率，$F{SYNC}$ 是同步頻率。

四、操作說明

4.1 連接直流電源

將直流電源連接到端子 TB1，電源應(yīng)能夠提供高達(dá) 10V、0.5A 的電流。電源應(yīng)設(shè)置為其最小輸出電壓水平，并將電流限制在 0.5A。

4.2 連接負(fù)載

將負(fù)載連接到 TB2，負(fù)載應(yīng)能夠處理 3.5V、0.5A 的電流。

4.3 放置跳線

• CB2 跳線：將跳線從引腳 1 連接到引腳 2 會(huì)使 SD/SYNC 引腳拉高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器關(guān)閉；將跳線從引腳 2 連接到引腳 3 會(huì)使 SD/SYNC 引腳拉低，使轉(zhuǎn)換器正常運(yùn)行。
• CB1 跳線（可選）：將跳線從引腳 1 連接到引腳 2 會(huì)使 MODE 引腳拉高，強(qiáng)制轉(zhuǎn)換器進(jìn)入恒定頻率、重載模式；將跳線從引腳 2 連接到引腳 3 會(huì)使 MODE 引腳拉低，強(qiáng)制轉(zhuǎn)換器進(jìn)入脈沖可變低功率模式；不使用跳線，讓 MODE 引腳浮空，可使轉(zhuǎn)換器在自動(dòng)模式下運(yùn)行，輸出負(fù)載檢測(cè)電路會(huì)確定轉(zhuǎn)換器應(yīng)在恒定頻率還是脈沖可變頻率模式下運(yùn)行。

4.4 開啟電子負(fù)載

開啟電子負(fù)載，并將負(fù)載調(diào)整到 10mA 到 500mA 之間運(yùn)行。

4.5 開啟輸入電源

從輸入直流電源的最小設(shè)置開始，緩慢將電壓增加到 7V ±0.5V。

4.6 關(guān)閉轉(zhuǎn)換器

要關(guān)閉轉(zhuǎn)換器，將直流輸入電源電壓降至零，然后關(guān)閉電子負(fù)載。

五、評(píng)估模塊布局

文檔中展示了 TPS62102EVM - 01 PCB 的評(píng)估模塊布局示例（圖 5 - 1 至圖 5 - 3），這些布局圖僅作為參考，不按比例繪制。

六、評(píng)估模塊組件

七、總結(jié)

TPS62102 降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊為工程師提供了一個(gè)方便的測(cè)試平臺(tái)，讓我們能夠深入了解和評(píng)估 TPS62102 降壓轉(zhuǎn)換器的性能。通過合理使用評(píng)估模塊的各項(xiàng)功能和組件，我們可以設(shè)計(jì)出更高效、穩(wěn)定的電源電路。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。