TPS54426降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊用戶指南解讀

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和使用方法至關(guān)重要。今天我們來深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的TPS54426降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊（TPS54426EVM - 608）。

文件下載：TPS54426EVM-608.pdf

一、引言

1.1 背景

TPS54426是一款單路、自適應(yīng)導(dǎo)通時間D - CAP2?模式同步降壓轉(zhuǎn)換器，它最大的優(yōu)勢在于所需的外部元件數(shù)量極少。D - CAP2?控制電路針對低等效串聯(lián)電阻（ESR）輸出電容（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷電容）進(jìn)行了優(yōu)化，具備快速瞬態(tài)響應(yīng)能力，而且無需外部補償。其開關(guān)頻率內(nèi)部設(shè)定為標(biāo)稱700 kHz，高側(cè)和低側(cè)開關(guān)MOSFET以及柵極驅(qū)動電路都集成在TPS54426封裝內(nèi)。MOSFET的低漏源導(dǎo)通電阻使得TPS54426能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并且在高輸出電流時有助于降低結(jié)溫。此外，它還具備自動跳過Eco模式，可在輕載時實現(xiàn)更高的效率。該轉(zhuǎn)換器設(shè)計用于從4.5 V至18 V的輸入電壓源提供高達(dá)4 A的輸出，輸出電壓范圍為0.76 V至5.5 V。

1.2 性能規(guī)格總結(jié)

1.3 修改

該評估模塊可進(jìn)行一些修改以滿足不同需求。

1.3.1 輸出電壓設(shè)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2.5 V的輸出電壓，可使用公式(V{O}=0.765 timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))計算；對于超過2.5 V的輸出電壓，則使用公式(V{O}=left(0.763+0.0017 × V_{O}right) timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))。表1 - 3列出了一些常見輸出電壓對應(yīng)的R1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（C2）來改善相位裕度，并且建議用于自動跳過Eco模式的穩(wěn)定性。

二、測試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

TPS54426EVM - 608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(fù)載則通過一對20 AWG電線連接到J2，最大負(fù)載電流能力為4 A。為減少電線損耗，應(yīng)盡量縮短電線長度。測試點TP1用于監(jiān)測(V_{IN})輸入電壓，TP2作為接地參考；TP8用于監(jiān)測輸出電壓，TP9作為接地參考。

2.2 啟動程序

啟動評估模塊的步驟如下：

1. 確保JP1（使能控制）的跳線設(shè)置為從EN到OFF。
2. 將適當(dāng)?shù)?V{IN})電壓施加到J1的(V{IN})和PGND端子。
3. 將JP1（使能控制）的跳線移動到覆蓋EN和ON，評估模塊將啟用輸出電壓。

2.3 效率

在環(huán)境溫度為25°C時，TPS54426EVM - 608的效率曲線如圖2 - 1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，這對于評估電源模塊在不同工況下的性能非常有幫助。

2.4 輕載效率

同樣在25°C環(huán)境溫度下，圖2 - 2展示了TPS54426EVM - 608在輕載時的效率。輕載效率對于一些需要長時間處于低負(fù)載狀態(tài)的應(yīng)用場景非常重要，通過觀察該曲線，我們可以評估模塊在輕載情況下的節(jié)能效果。

2.5 負(fù)載調(diào)節(jié)

圖2 - 3顯示了TPS54426EVM - 608的負(fù)載調(diào)節(jié)情況。負(fù)載調(diào)節(jié)反映了輸出電壓隨負(fù)載電流變化的穩(wěn)定性，從曲線中可以看出在不同輸出電流下輸出電壓的偏差情況。

2.6 線路調(diào)節(jié)

圖2 - 4展示了TPS54426EVM - 608的線路調(diào)節(jié)情況。線路調(diào)節(jié)體現(xiàn)了輸出電壓隨輸入電壓變化的穩(wěn)定性，有助于我們了解模塊在輸入電壓波動時的性能表現(xiàn)。

2.7 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

圖2 - 5展示了TPS54426EVM - 608對負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)。當(dāng)負(fù)載電流從500 mA階躍到1.5 A（額定負(fù)載的25%至75%）時，我們可以看到輸出電壓的總峰 - 峰變化情況，這對于評估模塊在負(fù)載突變時的動態(tài)性能至關(guān)重要。

2.8 輸出電壓紋波

圖2 - 6顯示了TPS54426EVM - 608在額定滿載2 A輸出電流時的輸出電壓紋波情況。輸出電壓紋波是衡量電源模塊輸出穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，較小的紋波意味著更穩(wěn)定的輸出電壓。

2.9 輸入電壓紋波

圖2 - 7展示了TPS54426EVM - 608在額定滿載2 A輸出電流時的輸入電壓紋波情況。輸入電壓紋波反映了電源模塊對輸入電源的影響，較低的輸入電壓紋波有助于提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.10 啟動

圖2 - 8展示了TPS54426EVM - 608相對于(V_{IN})的啟動波形，圖2 - 9展示了相對于使能（EN）的啟動波形。通過觀察啟動波形，我們可以了解模塊在啟動過程中的電壓變化情況，確保啟動過程的平穩(wěn)性。

三、電路板布局

3.1 布局

TPS54426EVM - 608的電路板布局如圖3 - 1至圖3 - 6所示。頂層包含(V{IN})、(V{O})和接地的主要電源走線，同時還有TPS54426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、測試點以及大多數(shù)組件都位于頂層。R3（連接(V{IN})到VCC的0Ω電阻）和R4（電源良好上拉電阻）位于背面。模擬地和電源地在頂層靠近TPS54426引腳5的單點連接。內(nèi)部層1是包含模擬和電源地的分割平面，內(nèi)部層2主要是電源地，還有(V{IN})的填充區(qū)域以及將VCC路由到使能控制跳線JP1的走線。底層主要是模擬地，還有通過R3連接(V{IN})到VCC的走線、電源良好信號的走線以及從(V{OUT})到電壓設(shè)定點分壓網(wǎng)絡(luò)的反饋走線。合理的電路板布局對于減少電磁干擾、提高電源模塊的性能至關(guān)重要，大家在設(shè)計類似電路時可以參考這種布局方式。

四、原理圖、物料清單和參考

4.1 原理圖

圖4 - 1是TPS54426EVM的原理圖，通過原理圖我們可以清晰地看到各個元件之間的連接關(guān)系，這對于理解電路的工作原理和進(jìn)行故障排查非常有幫助。

4.2 物料清單

表4 - 1列出了TPS54426EVM - 608的物料清單，包括每個元件的參考編號、數(shù)量、值、描述、尺寸、部件編號和制造商等信息。這對于采購元件和進(jìn)行電路組裝非常重要。

4.3 參考

參考資料為德州儀器的TPS54426單同步轉(zhuǎn)換器（集成高側(cè)和低側(cè)MOS FET）數(shù)據(jù)手冊，大家可以進(jìn)一步查閱該手冊以獲取更詳細(xì)的信息。

五、修訂歷史

從2010年8月的版本到2021年9月的版本，文檔更新了表格、圖形和交叉引用的編號格式，并更新了用戶指南的標(biāo)題。在使用文檔時，我們需要注意版本的差異，以確保獲取到最新和準(zhǔn)確的信息。

通過對TPS54426降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊的詳細(xì)了解，我們可以更好地使用該模塊進(jìn)行電源設(shè)計。大家在實際應(yīng)用中遇到問題時，可以結(jié)合文檔中的信息進(jìn)行分析和解決。你在使用類似電源模塊時有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。