TPS54495降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊用戶指南解讀

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。TPS54495作為一款雙路、自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間、D - CAP2?模式的同步降壓轉(zhuǎn)換器，因其所需外部元件數(shù)量少、性能出色而備受關(guān)注。本文將基于其評(píng)估模塊用戶指南，詳細(xì)介紹該轉(zhuǎn)換器的性能、使用方法及相關(guān)特性。

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1.1 TPS54495簡(jiǎn)介

TPS54495集成了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，具備快速瞬態(tài)響應(yīng)且無需外部補(bǔ)償。其開關(guān)頻率內(nèi)部設(shè)定為標(biāo)稱700kHz，內(nèi)部集成了高端和低端開關(guān)MOSFET以及柵極驅(qū)動(dòng)電路。低導(dǎo)通電阻的MOSFET使TPS54495能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。此外，它還具有自動(dòng)跳過Eco - mode操作，可提高輕載效率。該轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)用于從4.5V至18V的輸入電壓源提供CH1高達(dá)4A、CH2高達(dá)2A的輸出，輸出電壓范圍為0.76V至7V。

1.2 TPS54495 EVM評(píng)估模塊

TPS54495 EVM評(píng)估模塊是一款雙路同步降壓轉(zhuǎn)換器，可從5V至18V輸入提供CH1 3.3V/3A和CH2 1.5V/3A的輸出。下面我們將詳細(xì)了解其性能規(guī)格和使用方法。

二、性能規(guī)格總結(jié)

2.1 主要性能參數(shù)

這些參數(shù)為我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中評(píng)估該模塊的性能提供了重要依據(jù)。大家可以思考一下，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，這些參數(shù)會(huì)如何影響系統(tǒng)的性能呢？

三、模塊修改

3.1 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

若要改變?cè)u(píng)估模塊的輸出電壓，需要改變反饋分壓器的上拉電阻R1或R3的值?？梢詤⒖紙D5 - 1中的頂層組件來定位靠近輸出連接器的電阻。通過以下公式可計(jì)算特定輸出電壓對(duì)應(yīng)的R1或R3值： [V{OUT 1}=0.765 V timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right) ; V{OUT 2}=0.765 V timesleft(1+frac{R 3}{R 4}right)] 對(duì)于1.8V及以上的輸出電壓，可能需要一個(gè)前饋電容（C21或C20）來改善相位裕度，印刷電路板上提供了該組件的焊盤。表3 - 1列出了一些常見輸出電壓對(duì)應(yīng)的R1或R3值，不過這些電阻值是標(biāo)準(zhǔn)值，并非通過上述公式精確計(jì)算得出。

3.2 輸出濾波器和閉環(huán)響應(yīng)

TPS54495依靠輸出濾波器特性來確保控制環(huán)路的穩(wěn)定性。表3 - 1給出了常見輸出電壓推薦的輸出濾波器組件。當(dāng)然，其他輸出濾波器組件值也可能提供可接受的閉環(huán)特性。R11和R12方便我們斷開控制環(huán)路并測(cè)量閉環(huán)響應(yīng)。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中，是否遇到過因?yàn)闉V波器參數(shù)選擇不當(dāng)而導(dǎo)致的穩(wěn)定性問題呢？

四、測(cè)試設(shè)置和結(jié)果

4.1 輸入/輸出連接

TPS54495 EVM配備了輸入/輸出連接器和測(cè)試點(diǎn)。必須通過一對(duì)20 AWG電線將能夠提供4A電流的電源連接到J1，負(fù)載則通過一對(duì)20 AWG電線連接到J3和/或J2，最大負(fù)載電流能力為2×2A。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)輸入電壓（VIN），TP7作為方便的接地參考；TP4和TP3用于監(jiān)測(cè)輸出電壓，TP5和TP6作為接地參考。

4.2 啟動(dòng)程序

啟動(dòng)該模塊的步驟如下：

1. 確保J4和/或J5（使能控制）的跳線從ENx設(shè)置為off。
2. 將適當(dāng)?shù)腣IN電壓施加到J1的VIN和PGND端子。
3. 將J4和/或J5（使能控制）的跳線移動(dòng)到覆蓋ENx和on，評(píng)估模塊將啟用相應(yīng)的輸出電壓。

4.3 效率

4.3.1 轉(zhuǎn)換器1的效率

在環(huán)境溫度為25°C時(shí)，圖4 - 1展示了TPS54495 EVM上轉(zhuǎn)換器1的效率曲線，圖4 - 2展示了其輕載效率曲線。從曲線中我們可以直觀地看到不同輸入電壓和輸出電流下的效率變化情況。

4.3.2 轉(zhuǎn)換器2的效率

同樣在25°C環(huán)境溫度下，圖4 - 3和圖4 - 4分別展示了轉(zhuǎn)換器2的效率和輕載效率曲線。通過對(duì)比不同轉(zhuǎn)換器的效率曲線，我們可以更好地了解該模塊在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。大家可以思考一下，如何根據(jù)這些效率曲線來優(yōu)化電源設(shè)計(jì)呢？

4.4 負(fù)載調(diào)整率

4.4.1 轉(zhuǎn)換器1的負(fù)載調(diào)整率

圖4 - 5展示了TPS54495 EVM上轉(zhuǎn)換器1的負(fù)載調(diào)整率曲線。在評(píng)估模塊上，轉(zhuǎn)換器1的負(fù)載調(diào)整率與轉(zhuǎn)換器2的負(fù)載無關(guān)。

4.4.2 轉(zhuǎn)換器2的負(fù)載調(diào)整率

圖4 - 6展示了轉(zhuǎn)換器2的負(fù)載調(diào)整率曲線。對(duì)于5V輸入電壓，轉(zhuǎn)換器2在評(píng)估模塊上的性能表現(xiàn)與轉(zhuǎn)換器1的負(fù)載有一定相關(guān)性。

4.5 線路調(diào)整率

4.5.1 轉(zhuǎn)換器1的線路調(diào)整率

圖4 - 7展示了轉(zhuǎn)換器1的線路調(diào)整率曲線，反映了輸入電壓變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性。

4.5.2 轉(zhuǎn)換器2的線路調(diào)整率

圖4 - 8展示了轉(zhuǎn)換器2的線路調(diào)整率曲線，幫助我們了解其在不同輸入電壓下的輸出特性。

4.6 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

4.6.1 轉(zhuǎn)換器1的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

圖4 - 9展示了轉(zhuǎn)換器1對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)情況，從中我們可以觀察到在負(fù)載突變時(shí)輸出電壓的變化情況。

4.6.2 轉(zhuǎn)換器2的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

圖4 - 10展示了轉(zhuǎn)換器2的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)曲線，同樣反映了其在負(fù)載變化時(shí)的動(dòng)態(tài)性能。

4.7 輸出電壓紋波

4.7.1 轉(zhuǎn)換器1的輸出電壓紋波

圖4 - 11展示了轉(zhuǎn)換器1在額定滿載4A時(shí)的輸出電壓紋波情況，圖4 - 12展示了其在Eco - mode?無負(fù)載運(yùn)行時(shí)的輸出電壓紋波情況。

4.7.2 轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓紋波

圖4 - 13展示了轉(zhuǎn)換器2在額定滿載2A時(shí)的輸出電壓紋波情況，圖4 - 14展示了其在Eco - mode?無負(fù)載運(yùn)行時(shí)的輸出電壓紋波情況。

4.8 輸入電壓紋波

圖4 - 15展示了TPS54495 EVM的輸入電壓紋波情況，此時(shí)輸出電流為CH1 4A和CH2 2A的額定滿載電流。

4.9 啟動(dòng)

4.9.1 轉(zhuǎn)換器1的啟動(dòng)

圖4 - 16展示了轉(zhuǎn)換器1相對(duì)于VIN的啟動(dòng)波形，圖4 - 17展示了其相對(duì)于EN1的啟動(dòng)波形。

4.9.2 轉(zhuǎn)換器2的啟動(dòng)

圖4 - 18展示了轉(zhuǎn)換器2相對(duì)于VIN的啟動(dòng)波形，圖4 - 19展示了其相對(duì)于EN2的啟動(dòng)波形。

五、電路板布局

TPS54495 EVM的電路板布局如圖5 - 1至圖5 - 6所示。頂層包含VIN和VOUTx的主要電源走線，還有TPS54495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)以及所有組裝組件都位于頂層。頂層還提供了模擬接地（GND）區(qū)域，模擬接地（GND）和電源接地（PGND）在頂層靠近IC的單點(diǎn)連接。其他層主要是電源接地，但底層有一些走線用于連接SSx和ENx的測(cè)試點(diǎn)。合理的電路板布局對(duì)于降低干擾、提高模塊性能至關(guān)重要，大家在設(shè)計(jì)時(shí)一定要重視這一點(diǎn)。

六、原理圖、物料清單和參考資料

6.1 原理圖

圖6 - 1是TPS54495 EVM的原理圖，它清晰地展示了各個(gè)組件之間的連接關(guān)系，為我們理解模塊的工作原理提供了重要依據(jù)。

6.2 物料清單

表6 - 1列出了該評(píng)估模塊的物料清單，包括組件的數(shù)量、參考編號(hào)、值、描述、尺寸、零件編號(hào)和制造商等信息。當(dāng)輸出電壓設(shè)置高于4V時(shí)，C14 - C19必須更換為具有更高額定電壓的電容器。

6.3 參考資料

參考資料為我們提供了更深入了解TPS54495的途徑，如德州儀器的TPS54495數(shù)據(jù)手冊(cè)，它包含了更多關(guān)于該芯片的詳細(xì)信息。

通過對(duì)TPS54495降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊用戶指南的詳細(xì)解讀，我們對(duì)該模塊的性能、使用方法和設(shè)計(jì)要點(diǎn)有了更全面的了解。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)這些信息進(jìn)行合理的選擇和優(yōu)化，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。大家在使用過程中如果遇到問題，歡迎一起交流探討。