TPS54227降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊用戶指南解讀

在電子工程領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是一種常見且重要的電子元件，它能將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓，以滿足不同電子設(shè)備的供電需求。今天，我們就來(lái)深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的TPS54227降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（TPS54227EVM - 686）。

文件下載：TPS54227EVM-686.pdf

一、TPS54227簡(jiǎn)介

TPS54227是一款單通道、自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間、D - CAP2?模式的同步降壓轉(zhuǎn)換器。它具有以下顯著特點(diǎn)：

1. 低外部元件數(shù)量：這使得電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔，降低了成本和電路板空間需求。
2. D - CAP2?控制電路：針對(duì)低等效串聯(lián)電阻（ESR）輸出電容器（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷類型）進(jìn)行了優(yōu)化，具有快速瞬態(tài)響應(yīng)，且無(wú)需外部補(bǔ)償。
3. 內(nèi)部設(shè)定開關(guān)頻率：標(biāo)稱值為700 kHz，保證了穩(wěn)定的工作頻率。
4. 集成MOSFET：高側(cè)和低側(cè)開關(guān)MOSFET以及柵極驅(qū)動(dòng)電路都集成在TPS54227封裝內(nèi)，低導(dǎo)通電阻有助于實(shí)現(xiàn)高效率，并在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。
5. 寬輸入輸出電壓范圍：輸入電壓范圍為4.5 V至18 V，輸出電壓范圍為0.76 V至7 V，能夠滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

TPS54227EVM - 686評(píng)估模塊則是一個(gè)單通道同步降壓轉(zhuǎn)換器，可在5 V至18 V輸入下提供1.05 V、2 A的輸出。

二、性能規(guī)格總結(jié)

1. 輸入輸出參數(shù)

2. 調(diào)節(jié)性能

• 線路調(diào)節(jié)率：在IO = 1.5 A時(shí)，為±0.22 %。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)率：在VIN = 12 V時(shí)，為±0.03 %。

3. 其他參數(shù)

• 過(guò)流限制：在VIN = 12 V，L = 1.5 μH時(shí)，為2.5 - 4.7 A。
• 輸出紋波電壓：在VIN = 12 V，IO = 3 A時(shí)，為15 mVPP。
• 最大效率：在VIN = 5 V，IO = 0.4 A時(shí)，為87.1 %。

三、模塊修改

1. 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

若要改變?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，可使用公式(V_O = 0.765 times (1 + frac{R1}{R2}))計(jì)算R1的值。表3 - 1列出了一些常見輸出電壓對(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)前饋電容器（C4）來(lái)改善相位裕度，電路板上已預(yù)留了該元件的焊盤。

2. 輸出濾波器和閉環(huán)響應(yīng)

TPS54227依靠輸出濾波器特性來(lái)確保控制環(huán)路的穩(wěn)定性。表3 - 1給出了常見輸出電壓下推薦的輸出濾波器組件。R3和TP4方便用于斷開控制環(huán)路并測(cè)量閉環(huán)響應(yīng)。

四、測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

1. 輸入/輸出連接

TPS54227EVM - 686配備了輸入/輸出連接器和測(cè)試點(diǎn)。必須使用一對(duì)20 AWG電線將能夠提供2 A電流的電源連接到J1，負(fù)載則通過(guò)一對(duì)20 AWG電線連接到J2，最大負(fù)載電流能力為2 A。為減少電線損耗，應(yīng)盡量縮短電線長(zhǎng)度。測(cè)試點(diǎn)TP1用于監(jiān)測(cè)VIN輸入電壓，TP2作為接地參考；TP8用于監(jiān)測(cè)輸出電壓，TP9作為接地參考。

2. 啟動(dòng)程序

• 確保JP1（啟用控制）的跳線設(shè)置為從EN到OFF。
• 將適當(dāng)?shù)腣IN電壓施加到J1的VIN和PGND端子。
• 將JP1（啟用控制）的跳線移動(dòng)到覆蓋EN和ON，評(píng)估模塊將啟用輸出電壓。

3. 測(cè)試結(jié)果

• 效率：圖4 - 1和圖4 - 2分別展示了TPS54227EVM - 686在25°C環(huán)境溫度下的效率和輕載效率。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)率：圖4 - 3和圖4 - 4顯示了在不同輸入電壓下的負(fù)載調(diào)節(jié)率。
• 線路調(diào)節(jié)率：圖4 - 5展示了TPS54227EVM - 686的線路調(diào)節(jié)率。
• 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)：圖4 - 6顯示了從0.5 A到1.5 A的負(fù)載階躍時(shí)的響應(yīng)。
• 輸出電壓紋波：圖4 - 7展示了額定滿載2 A時(shí)的輸出電壓紋波。
• 輸入電壓紋波：圖4 - 8展示了額定滿載2 A時(shí)的輸入電壓紋波。
• 啟動(dòng)：圖4 - 9和圖4 - 10分別展示了相對(duì)于VIN和EN的啟動(dòng)波形。

五、電路板布局

1. 布局特點(diǎn)

TPS54227EVM - 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TPS54227引腳的連接以及大面積的接地區(qū)域。許多信號(hào)走線也位于頂層，輸入去耦電容器盡可能靠近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。頂層還提供了一個(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VIN連接到啟用跳線的走線、一條將VREG5連接到TP5的走線以及從VOUT到電壓設(shè)定點(diǎn)分壓網(wǎng)絡(luò)的反饋?zhàn)呔€。

六、原理圖、物料清單和參考資料

1. 原理圖

圖6 - 1是TPS54227EVM - 686的原理圖，清晰展示了電路的連接和元件布局。

2. 物料清單

表6 - 1詳細(xì)列出了評(píng)估模塊所使用的元件，包括電容、電阻、電感、連接器、測(cè)試點(diǎn)、IC等的規(guī)格、數(shù)量、描述、尺寸、型號(hào)和制造商。

3. 參考資料

可參考德州儀器的TPS54227單同步轉(zhuǎn)換器（集成高側(cè)和低側(cè)MOS FET）數(shù)據(jù)手冊(cè)。

七、修訂歷史

從2011年4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(hào)格式，并更新了用戶指南的標(biāo)題。

通過(guò)對(duì)TPS54227降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊的詳細(xì)了解，電子工程師們可以更好地利用該模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和測(cè)試，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。大家在實(shí)際使用過(guò)程中，有沒有遇到過(guò)類似模塊的一些特殊問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。