深入解析 TPS54428 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊

在電子設(shè)計領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是一種常見且關(guān)鍵的元件，它能將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓，以滿足各種電子設(shè)備的供電需求。今天，我們就來深入探討德州儀器（Texas Instruments）的 TPS54428 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊（TPS54428EVM - 052）。

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一、TPS54428 轉(zhuǎn)換器概述

TPS54428 是一款單路、自適應(yīng)導(dǎo)通時間、采用 D - CAP2? 模式的同步降壓轉(zhuǎn)換器。它具有諸多優(yōu)點，外部元件數(shù)量少，這使得設(shè)計更加簡潔，降低了成本和電路板空間。其 D - CAP2 控制電路針對低等效串聯(lián)電阻（ESR）的輸出電容進行了優(yōu)化，像 POSCAP、SP - CAP 或陶瓷電容都適用，并且無需外部補償就能實現(xiàn)快速的瞬態(tài)響應(yīng)。內(nèi)部設(shè)定的開關(guān)頻率標稱值為 650 kHz，同時，高側(cè)和低側(cè)開關(guān) MOSFET 以及柵極驅(qū)動電路都集成在 TPS54428 封裝內(nèi)。MOSFET 的低漏源導(dǎo)通電阻使得 TPS54428 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，它還具備自動跳過的 Eco - mode 操作模式，可提高輕載效率。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 4 A 的輸出，輸出電壓范圍為 0.76 V 至 6 V。

TPS54428EVM - 052 評估模塊則是一個單路同步降壓轉(zhuǎn)換器，能在 4.5 - 18 V 輸入下提供 1.05 V/4 A 的輸出。

二、性能規(guī)格總結(jié)

從這些規(guī)格中，我們可以看出該評估模塊在多種參數(shù)上表現(xiàn)穩(wěn)定，能夠滿足大多數(shù)實際應(yīng)用的需求。大家在實際設(shè)計中，是否會根據(jù)這些參數(shù)來判斷該模塊是否適合自己的項目呢？

三、模塊修改

1. 輸出電壓設(shè)定點

如果需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 V 的輸出電壓，可以使用公式 (V_{OUT }=0.765V cdotleft(1+frac{R 1}{R 2}right)) 來計算 R1 的值。表 3 - 1 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（C4）來改善相位裕度，印刷電路板上提供了該元件（C4）的焊盤。

2. 輸出濾波器和閉環(huán)響應(yīng)

TPS54428 依賴輸出濾波器特性來確?？刂苹芈返姆€(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。也有可能其他輸出濾波器組件值能提供可接受的閉環(huán)特性。為了方便斷開控制回路和測量閉環(huán)響應(yīng)，提供了 R3 和 TP4。在實際設(shè)計中，你是否會嘗試不同的濾波器組件值來優(yōu)化性能呢？

四、測試設(shè)置與結(jié)果

1. 輸入/輸出連接

TPS54428EVM - 052 的輸入/輸出連接器和測試點如表 4 - 1 所示。通過一對 20 AWG 電線將能夠提供 2 A 的電源連接到 J1，將負載通過一對 20 AWG 電線連接到 J2，最大負載電流能力為 4 A。要盡量減少電線長度以降低電線中的損耗。測試點 TP1 用于監(jiān)測輸入電壓（(V_{IN})），TP2 作為方便的接地參考；TP8 用于監(jiān)測輸出電壓，TP9 作為接地參考。

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. 向 J1 的 (V{IN}) 和 PGND 端子施加適當(dāng)?shù)?(V{IN}) 電壓。
3. 將 JP1（使能控制）的跳線移動到覆蓋 EN 和 ON，此時評估模塊將啟用輸出電壓。

   3. 效率

   在環(huán)境溫度為 25°C 時，TPS54428EVM - 052 的效率如圖 4 - 1 所示，輕載效率如圖 4 - 2 所示。從圖中可以看出，不同輸入電壓下，效率隨輸出電流的變化情況。大家在實際應(yīng)用中，是否會根據(jù)效率曲線來選擇合適的工作點呢？

   4. 負載調(diào)整率

   TPS54428EVM - 052 的負載調(diào)整率如圖 4 - 3 所示，以 2 A 負載時的輸出電壓作為參考值。通過該曲線可以了解輸出電壓隨負載電流的變化情況。

   5. 線性調(diào)整率

   線性調(diào)整率如圖 4 - 4 所示，以 12 V 輸入電壓時的輸出電壓作為參考值。它反映了輸出電壓隨輸入電壓變化的情況。

   6. 頻率

   TPS54428 使用 Eco - mode? 來提高輕載效率，這意味著在低負載條件下頻率會降低。圖 4 - 5 展示了該部件在整個負載范圍內(nèi)的開關(guān)頻率。

   7. 負載瞬態(tài)響應(yīng)

   TPS54428EVM - 052 對負載瞬態(tài)階躍的響應(yīng)如圖 4 - 6 和圖 4 - 7 所示，顯示了總峰 - 峰電壓變化。

   8. 輸出電壓紋波

   輸出電壓紋波在不同輸出電流和工作模式下的情況如圖 4 - 8、圖 4 - 9 和圖 4 - 10 所示。

   9. 輸入電壓紋波

   輸入電壓紋波如圖 4 - 11 所示，此時輸出電流為額定滿載 4 A，輸入電壓設(shè)置為 5 V。

   10. 啟動和關(guān)閉

   TPS54428EVM - 052 相對于 (V_{IN}) 和使能（EN）的啟動和關(guān)閉波形分別如圖 4 - 12、圖 4 - 13、圖 4 - 14 和圖 4 - 15 所示。

五、電路板布局

TPS54428EVM - 052 的電路板布局如圖 5 - 1 至圖 5 - 5 所示。頂層包含 (V{IN})、(V{O}) 和接地的主要電源走線，還有 TPS54428 引腳的連接以及大面積的接地區(qū)域。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，但也有一條將 (V{IN}) 連接到使能跳線的走線、一條將 (V{REG5}) 連接到 TP5 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降低干擾、提高性能至關(guān)重要，你在設(shè)計電路板時會特別關(guān)注哪些布局要點呢？

六、原理圖、物料清單和參考資料

1. 原理圖

圖 6 - 1 是 TPS54428EVM - 052 的原理圖，展示了各個元件之間的連接關(guān)系。

2. 物料清單

物料清單（表 6 - 1）列出了評估模塊中各個元件的詳細信息，包括元件的數(shù)量、值、描述、尺寸、零件編號和制造商等。

3. 參考資料

參考資料提供了德州儀器 TPS54428 的數(shù)據(jù)手冊，可用于進一步了解該轉(zhuǎn)換器的詳細信息。

七、修訂歷史

文檔從 2011 年 12 月的版本到 2021 年 9 月的版本進行了更新，包括表格、圖形和交叉引用的編號格式更新以及用戶指南標題的更新。

通過對 TPS54428 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊的詳細分析，我們對其性能、使用方法和設(shè)計要點有了更深入的了解。在實際電子設(shè)計中，我們可以根據(jù)這些信息來選擇合適的元件和設(shè)計方案，以滿足不同應(yīng)用的需求。大家在使用類似的評估模塊時，是否也會進行如此詳細的分析呢？