TPS54328降壓轉換器評估模塊使用指南
TPS54328降壓轉換器評估模塊使用指南
在電子設計領域，降壓轉換器是一種常見且關鍵的元件，它能將較高的輸入電壓轉換為較低的穩(wěn)定輸出電壓，滿足各種電子設備的供電需求。德州儀器（Texas Instruments）的TPS54328降壓轉換器評估模塊（TPS54328EVM - 686）就是這樣一款備受關注的產品，下面將為大家詳細介紹這款評估模塊。
文件下載：TPS54328EVM-686.pdf
一、TPS54328簡介
TPS54328是一款單路、自適應導通時間、D - CAP2?模式的同步降壓轉換器，具有外部元件數量極少的優(yōu)勢。其D - CAP2控制電路針對低等效串聯電阻（ESR）輸出電容（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷電容）進行了優(yōu)化，無需外部補償就能實現快速瞬態(tài)響應。內部設定的開關頻率標稱值為700 kHz，并且在TPS54328封裝內集成了高端和低端開關MOSFET以及柵極驅動電路。MOSFET的低漏源導通電阻使得TPS54328能夠實現高效率，并有助于在高輸出電流時保持較低的結溫。此外，它還具備自動跳過的Eco - mode功能，可提高輕載效率。該DC/DC同步轉換器設計用于從4.5 V至18 V的輸入電壓源提供高達3 A的輸出，輸出電壓范圍為0.76 V至7.0 V。
二、評估模塊性能規(guī)格
| TPS54328EVM - 686評估模塊是一款單路同步降壓轉換器，能在4.5 V至18 V的輸入電壓下提供1.05 V、3 A的輸出。以下是其性能規(guī)格總結： | 規(guī)格 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入電壓范圍（VIN） | - | 4.5 | 12 | 18 | V | |
| 輸出電壓 | - | - | 1.05 | - | V | |
| 工作頻率 | VIN = 12 V，IO = 1 A | - | 675 | - | kHz | |
| 輸出電流范圍 | - | 0 | - | 3 | A | |
| 線性調整率 | IO = 1.5 A | - | - | ±0.2 | % | |
| 負載調整率 | VIN = 12 V | - | +1.1 / - 0.03 | - | % | |
| 過流限制 | VIN = 12 V，LO = 1.5 μH | 3.5 | 4.2 | 5.7 | A | |
| 輸出紋波電壓 | VIN = 12 V，IO = 3 A | - | - | 15 | mVPP | |
| 最大效率 | VIN = 5 V，IO = 0.5 A | - | 86.9 | - | % |
三、模塊修改
3.1 輸出電壓設定點
| 若要改變評估模塊的輸出電壓，需要改變電阻R1的值。對于0.76 V至7.0 V的輸出電壓，可使用公式 (V_O = 0.765 times (1 + frac{R_1}{R_2})) 計算R1的值。對于1.8 V及以上的較高輸出電壓，可能需要一個前饋電容（C4）來改善相位裕度，印刷電路板上提供了該元件（C4）的焊盤。以下是一些常見輸出電壓對應的R1值： | 輸出電壓（V） | R1（kΩ） | R2（kΩ） | L1（μH） | C4（pF） | C9、C10、C11電容值（μF） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 6.81 | 22.1 | 1.5 | - | 22 - 68 | |
| 1.05 | 8.25 | 22.1 | 1.5 | - | 22 - 68 | |
| 1.2 | 12.7 | 22.1 | 1.5 | - | 22 - 68 | |
| 1.8 | 30.1 | 22.1 | 5 - 22 | - | 22 - 68 | |
| 2.5 | 49.9 | 22.1 | 5 - 22 | - | 22 - 68 | |
| 3.3 | 73.2 | 22.1 | 5 - 22 | - | 22 - 68 | |
| 5.0 | 124 | 22.1 | 5 - 22 | - | 3.3 | 22 - 68 |
| 6.5 | 165 | 22.1 | 5 - 22 | - | 3.3 | 22 - 68 |
3.2 輸出濾波器和閉環(huán)響應
TPS54328依靠輸出濾波器特性來確?？刂骗h(huán)路的穩(wěn)定性。常見輸出電壓的推薦輸出濾波器組件在上述表格中有給出。不過，其他輸出濾波器組件值也有可能提供可接受的閉環(huán)特性。為方便斷開控制環(huán)路并測量閉環(huán)響應，電路板上提供了R3和測試點TP4。
四、測試設置與結果
4.1 輸入/輸出連接
| TPS54328EVM - 686配備了輸入/輸出連接器和測試點。必須通過一對20 AWG電線將能夠提供2 A電流的電源連接到J1，負載則需通過一對20 AWG電線連接到J2，最大負載電流能力為3 A。為減少電線中的損耗，應盡量縮短電線長度。測試點TP1用于監(jiān)測輸入電壓VIN，TP2作為方便的接地參考；TP8用于監(jiān)測輸出電壓，TP9作為輸出端的接地參考。 | 參考標號 | 功能 |
|---|---|---|
| J1 | VIN（VIN范圍見表格1 - 1） | |
| J2 | VOUT，最大1.05 V、3 A | |
| JP1 | EN控制。將EN連接到OFF禁用，連接到ON啟用 | |
| TP1 | VIN連接器處的VIN測試點 | |
| TP2 | VIN處的GND測試點 | |
| TP3 | EN測試點 | |
| TP4 | 環(huán)路響應測量測試點 | |
| TP5 | VREG5測試點 | |
| TP6 | 開關節(jié)點測試點 | |
| TP7 | 模擬接地測試點 | |
| TP8 | 輸出電壓測試點 | |
| TP9 | 輸出連接器處的接地測試點 |
4.2 啟動程序
- 確保跳線JP1（啟用控制）設置為從EN到OFF。
- 將適當的VIN電壓施加到J1的VIN和PGND端子。
- 將跳線JP1（啟用控制）移動到覆蓋EN和ON，評估模塊將啟用輸出電壓。
4.3 效率
在環(huán)境溫度為25°C時，TPS54328EVM - 686的效率曲線如文檔中的圖4 - 1所示，輕載效率曲線如圖4 - 2所示。從曲線中可以直觀地看到不同輸入電壓和輸出電流下的效率情況，這對于評估模塊在不同工作條件下的能耗表現非常有幫助。
4.4 負載調整率
TPS54328EVM - 686的負載調整率在輸入電壓VIN分別為5 V和12 V時的曲線如圖4 - 3和圖4 - 4所示。通過這些曲線，我們可以了解到輸出電壓隨負載電流變化的情況，這對于確保負載變化時輸出電壓的穩(wěn)定性至關重要。
4.5 線性調整率
線性調整率曲線如圖4 - 5所示，它展示了在輸出電流IO = 1.5 A時，輸出電壓隨輸入電壓變化的情況。這有助于評估模塊在輸入電壓波動時的輸出穩(wěn)定性。
4.6 負載瞬態(tài)響應
TPS54328EVM - 686對負載瞬態(tài)的響應曲線如圖4 - 6所示，電流階躍從0.75 A到2.25 A。通過該曲線可以看到輸出電壓在負載突然變化時的動態(tài)響應情況，這對于需要快速響應負載變化的應用場景非常重要。
4.7 輸出電壓紋波
輸出電壓紋波在額定滿載3 A時的曲線如圖4 - 7所示，Eco - mode?運行時輸出電流為30 mA的紋波曲線如圖4 - 8所示。輸出電壓紋波的大小直接影響到供電的穩(wěn)定性和質量，對于對電源質量要求較高的設備尤為關鍵。
4.8 輸入電壓紋波
輸入電壓紋波在額定滿載3 A時的曲線如圖4 - 9所示。了解輸入電壓紋波情況有助于評估電源的穩(wěn)定性以及對模塊性能的影響。
4.9 啟動
TPS54328EVM - 686相對于VIN和EN的啟動波形分別如圖4 - 10和圖4 - 11所示。啟動波形能夠反映模塊在啟動過程中的電壓變化情況，對于確保模塊正常啟動和穩(wěn)定工作具有重要意義。
五、電路板布局
5.1 布局
TPS54328EVM - 686的電路板布局如圖5 - 1至圖5 - 4所示。頂層包含VIN、VO和接地的主要電源走線，還有TPS54328引腳的連接以及大面積的接地填充。許多信號走線也位于頂層，輸入去耦電容盡可能靠近IC放置。輸入和輸出連接器、測試點以及所有組件都位于頂層。頂層還提供了一個模擬接地（GND）區(qū)域，模擬接地（GND）和電源接地（PGND）在頂層靠近C6的單點連接。底層主要是電源接地，但也有連接VIN到啟用跳線的走線、連接VREG5到TP5的走線以及從VOUT到電壓設定點分壓網絡的反饋走線。
六、原理圖、物料清單和參考資料
6.1 原理圖
TPS54328EVM - 686的原理圖如圖6 - 1所示，它清晰地展示了模塊的電路連接和元件布局，為工程師進行電路分析和設計提供了重要依據。
6.2 物料清單
| 物料清單詳細列出了模塊中使用的各種元件的信息，包括元件的數量、值、描述、尺寸、部件編號和制造商等，如下表所示： | 參考標號 | 數量 | 值 | 描述 | 尺寸 | 部件編號 | 制造商 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C1, C2 | 2 | 10uF | 陶瓷電容，25V，X5R，20% | 1210 | Std | Std | |
| C11 | 0 | Open | 陶瓷電容 | 1206 | Std | Std | |
| C3, C7 | 2 | 0.1uF | 陶瓷電容，50V，X7R，10% | 0603 | Std | Std | |
| C4, C8 | Open | 陶瓷電容 | 0603 | Std | Std | ||
| C5 | 1 | 1.0uF | 陶瓷電容，16V，X7R，10% | 0603 | Std | Std | |
| C6 | 3300pF | 陶瓷電容，25V，X7R，10% | 0603 | Std | Std | ||
| C9, C10 | 2 | 22uF | 陶瓷電容，6.3V，X5R，20% | 1206 | C3216X5R0J226M | TDK | |
| J1, J2 | 2 | - | 2引腳、6 - A、3.5mm端子塊 | 0.27 x 0.25 inch | ED555/2DS | Sullins | |
| JP1 | 1 | - | 3引腳、100mil間距公頭 | 0.100 inch x 3 | PEC03SAAN | Sullins | |
| L1 | 1.5uH | 貼片電感，11 A，9.7 mΩ | 0.256 x 0.280 inch | SPM6530T - 1R5M100 | TDK | ||
| R1 | 1 | 8.25k | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| R2 | 22.1k | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | ||
| R3 | 1 | 0 | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| R4 | 1 | 10.0k | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| R5 | 0 | Open | 貼片電阻，1/16W，1% | 0603 | Std | Std | |
| TP1, TP3, TP4, TP5, TP6, TP8 | 3 | 5000 | 紅色、通孔、顏色編碼測試點 | 0.100 x 0.100 inch | 5000 | Keystone | |
| TP2, TP7, TP9 | 5001 | 黑色、通孔、顏色編碼測試點 | 0.100 x 0.100 inch | 5001 | Keystone | ||
| U1 | 1 | TPS54328DDA | 3 - A輸出單同步降壓IC，SO8[DDA] | - | TPS54328DDA | TI | |
| - | - | - | 100 - mil黑色分流器 | 0.100 | 929950 - 00 | 3M | |
| - | - | - | 2.76 In x 1.97 In x 0.062 In PCB | - | HPA686 | Any |
6.3 參考資料
參考資料為德州儀器的TPS54328單同步轉換器（集成高端和低端MOS FET）數據手冊，這為工程師進一步了解TPS54328的詳細特性和應用提供了重要的參考依據。
綜上所述，TPS54328EVM - 686評估模塊具有諸多優(yōu)點，如高效率、快速瞬態(tài)響應等，并且提供了詳細的性能規(guī)格、測試數據和設計資料，為電子工程師進行降壓轉換器的設計和應用提供了便利。大家在實際使用過程中，是否也遇到過類似評估模塊的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。
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