TPS54232 降壓轉換器評估模塊使用指南
TPS54232 降壓轉換器評估模塊使用指南
一、引言
今天要和大家分享的是德州儀器（Texas Instruments）的 TPS54232 降壓轉換器評估模塊（TPS54232EVM - 415）。這個評估模塊能為我們提供 TPS54232 相關的背景信息、性能規(guī)格、原理圖以及物料清單等重要內(nèi)容，對于電子工程師來說，它是一個很好的學習和測試工具。
文件下載：TPS54232EVM-415.pdf
1.1 背景
TPS54232 是一款直流 - 直流轉換器，它可以在 3.5V 到 28V 的輸入電壓下提供最高 2A 的輸出電流。評估模塊的額定輸入電壓范圍是 5V 到 15V，輸出電流范圍是 0A 到 2A。其開關頻率內(nèi)部設定為標稱 1000kHz，內(nèi)部集成了高端 MOSFET 和柵極驅動電路。MOSFET 低的漏源導通電阻使得 TPS54232 能實現(xiàn)高效率，并且在高輸出電流時有助于降低結溫。補償組件在集成電路外部，通過外部分壓器可實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。此外，TPS54232 還提供可調(diào)的軟啟動和欠壓鎖定輸入功能。TPS54232EVM - 415 的絕對最大輸入電壓為 30V。
1.2 性能規(guī)格總結
| TPS54232EVM - 415 的性能規(guī)格總結如下（除非另有說明，輸入電壓 (V_{IN}=12V)，輸出電壓 2.5V，環(huán)境溫度 25°C）： | 規(guī)格 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (V_{IN}) 電壓范圍 | 5 | 12 | 15 | V | ||
| 輸出電壓設定點 | 2.5 | V | ||||
| 輸出電流范圍 | (V_{IN}=5V) 到 15V | 0 | 2 | A | ||
| 線性調(diào)節(jié)率 | (I{O}=1A)，(V{IN}=5V) 到 15V | ±0.02% | ||||
| 負載調(diào)節(jié)率 | (V{IN}=12V)，(I{O}=0.2A) 到 2A | ±0.25% | ||||
| 負載瞬態(tài)響應（(I_{O}=0.5A) 到 1.5A） | 電壓變化 - 40mV | |||||
| 恢復時間 400μs | ||||||
| 負載瞬態(tài)響應（(I_{O}=1.5A) 到 0.5A） | 電壓變化 60mV | |||||
| 恢復時間 400μs | ||||||
| 環(huán)路帶寬 | (V{IN}=12V)，(I{O}=1A) | 36 | kHz | |||
| 相位裕度 | (V{IN}=12V)，(I{O}=1A) | 54 | ||||
| 輸入紋波電壓 | (I_{O}=2A) | 160 | mVpp | |||
| 輸出紋波電壓 | (I_{O}=2A) | 10 | mVpp | |||
| 輸出上升時間 | 6 | ms | ||||
| 工作頻率 | 1000 | kHz | ||||
| 最大效率（(V{IN}=5V)，(I{O}=0.5A)） | 88.6% |
1.3 修改
這個評估模塊可以進行一些修改。比如要改變輸出電壓設定點，需要改變電阻 (R{6}) 的值。通過公式 (R{6}=10.2kΩ × frac{0.8V}{V{OUT}-0.8V}) 可以計算出特定輸出電壓對應的 (R{6}) 值。不過要注意，(V_{IN}) 必須在一定范圍內(nèi)，以保證最小導通時間大于 130ns，最大占空比小于 91%。
二、測試設置和結果
2.1 輸入/輸出連接
TPS54232EVM - 415 配備了輸入/輸出連接器和測試點。需要用 20AWG 的導線將能夠提供 2A 電流的電源連接到 J1，負載通過 20AWG 的導線連接到 J4，負載最大電流能力為 2A，同時要盡量減小導線長度以降低導線損耗。測試點 TP1 用于監(jiān)測 (V_{IN}) 輸入電壓，TP2 作為接地參考；TP5 用于監(jiān)測輸出電壓，TP6 作為接地參考。
2.2 效率
該評估模塊在 (V_{IN}=5V) 時，負載電流約為 0.5A 時效率達到峰值，隨著負載電流接近滿載，效率會降低。在較高環(huán)境溫度下，由于內(nèi)部 MOSFET 漏源電阻的溫度變化，效率可能會降低。
2.3 輸出電壓負載調(diào)節(jié)
在環(huán)境溫度為 25°C 時，TPS54232EVM - 415 的負載調(diào)節(jié)情況可以通過相應曲線查看。
2.4 輸出電壓線性調(diào)節(jié)
同樣在 25°C 環(huán)境溫度下，其線性調(diào)節(jié)情況也有對應的曲線展示。
2.5 負載瞬態(tài)
當輸入電壓為 15V，電流從最大額定負載的 25% 階躍到 75% 時，TPS54232EVM - 415 的響應可以從相關曲線中看到，輸出的總峰 - 峰電壓變化包括紋波和噪聲。
2.6 環(huán)路特性
在 (V_{IN}) 電壓為 15V，負載電流為 1A 時，可通過曲線查看 TPS54232EVM - 415 的環(huán)路響應特性，包括增益和相位曲線。
2.7 輸出電壓紋波
當輸出電流為額定滿載 2A，(V_{IN}=15V) 時，直接在輸出電容兩端測量紋波電壓，其情況可從對應曲線得知。
2.8 輸入電壓紋波
同樣在輸出電流為額定滿載 2A，(V_{IN}=15V) 時，直接在輸入電容兩端測量紋波電壓，相關情況有曲線展示。
2.9 上電
啟動波形可參考相關曲線。當輸入電壓為 12V 且無負載時，通過 J2 上的跳線將 EN 連接到地可抑制輸出，移除跳線釋放 EN，當 EN 電壓達到 1.25V 的使能閾值電壓時，啟動序列開始，輸出以外部設定的速率向 2.5V 的設定值上升。
2.10 Eco - 模式操作
在輕負載電流下，TPS54232 設計為以脈沖跳過的 Eco - 模式運行。當?shù)湫碗姼蟹逯惦娏鞯陀?100mA 時，設備進入 Eco - 模式。
三、電路板布局
3.1 布局
TPS54232EVM - 415 的電路板布局從相關圖中可以看到，頂層和底層為 2oz 銅。頂層包含 (V{IN})、(V{OUT}) 和 VPHASE 的主要功率走線，還有 TPS54232 其余引腳的連接以及大面積的接地。底層包含接地和 BOOT 電容的信號走線。頂層和底層以及內(nèi)部接地走線通過圍繞電路板放置的多個過孔連接，包括 TPS54232 器件正下方的十個過孔，以提供從頂層接地平面到底層接地平面的熱路徑。輸入去耦電容和自舉電容都盡可能靠近 IC 放置，電壓設定點電阻分壓器組件也靠近 IC，電壓分壓器網(wǎng)絡在調(diào)節(jié)點連接到輸出電壓。
3.2 估計電路面積
該設計中使用的組件估計印刷電路板面積為 (0.44in^{2})，此面積不包括測試點或連接器。
四、原理圖和物料清單
4.1 原理圖
TPS54232EVM - 415 的原理圖可參考對應圖示。
4.2 物料清單
| 物料清單詳細列出了各個組件的信息，包括電容、電阻、電感、二極管、連接器、測試點、IC 以及 PCB 等，具體信息如下表所示： | 數(shù)量 | 參考編號 | 值 | 描述 | 尺寸 | 零件編號 | 制造商 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | C1 | 4.7μF | 陶瓷電容，25V，X5R，10% | 1206 | GRM31CR61E106KA | muRata | |
| 0 | C2 | 開路 | 陶瓷電容，25V，X5R，10% | 1206 | GRM31CR61E106KA | muRata | |
| 1 | C3 | 22μF | 陶瓷電容，10V，X7R，10% | 1210 | Std | Std | |
| 1 | C4 | 0.1μF | 陶瓷電容，16V，X7R，10% | 0603 | Std | Std | |
| 1 | C5 | 0.015μF | 陶瓷電容，16V，X7R，10% | 0603 | Std | Std | |
| 1 | C6 | 680pF | 陶瓷電容，16V，X7R，10% | 0603 | Std | Std | |
| 1 | C7 | 47pF | 陶瓷電容，16V，X7R，10% | 0603 | Std | Std | |
| 0 | C8 | 開路 | 陶瓷電容，10V，X5R，10% | 1210 | Std | TDK | |
| 1 | D1 | B220A | 肖特基二極管，2A，20V | SMA | B220A | Diodes Inc | |
| 2 | J1, J4 | ED1514 | 2 針端子塊，6A，3.5mm | 0.27 × 0.25 英寸 | ED1514 | OST | |
| 2 | J2, J3 | PTC36SAAN | 2 針插頭，100mil 間距，(36 針條) | 0.100 × 2 | PTC36SAAN | Sullins | |
| 1 | L1 | 3.3μH | 電感，SM 環(huán)形，3.72A，20mΩ | 0.287 × 0.287 英寸 | MSS7341 - 332 | Coilcraft | |
| 1 | R1 | 150kΩ | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| 1 | R2 | 48.7kΩ | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| 1 | R3 | 17.4kΩ | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| 1 | R4 | 0 | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| 1 | R5 | 10.2kΩ | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| 1 | R6 | 4.75kΩ | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| 0 | R7 | 開路 | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| 3 | TP1, TP3, TP5 | 5000 | 紅色通孔測試點，顏色編碼 | 0.100 × 0.100 英寸 | 5000 | Keystone | |
| 3 | TP2, TP4, TP6 | 5001 | 黑色通孔測試點，顏色編碼 | 0.100 × 0.100 英寸 | 5001 | Keystone | |
| 1 | U1 | TPS54232D | 集成電路，DC - DC 轉換器，28V，2A，SO - 8 | TPS54232D | TI | ||
| 1 | PCB | 2 英寸 × 2 英寸 × 0.062 英寸 | 2.0" × 2.0" × 0.062" | HPA415 | Any |
五、修訂歷史
從 2009 年 1 月的版本到 2021 年 10 月的版本，主要更新了文檔中表格、圖形和交叉引用的編號格式，以及更新了用戶指南的標題。
大家在使用 TPS54232EVM - 415 評估模塊時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。
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