探索TPS60241EVM-194 μ Buck - Boost Converter：助力電源設(shè)計(jì)新突破

在電子工程師的日常工作中，電源管理模塊的設(shè)計(jì)與評(píng)估是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們就來(lái)深入了解一下德州儀器（TI）的TPS60241EVM - 194 μ Buck - Boost Converter評(píng)估模塊，看看它如何為我們的設(shè)計(jì)工作帶來(lái)便利。

文件下載：TPS60241EVM-194.pdf

一、TI產(chǎn)品重要聲明

在正式介紹評(píng)估模塊之前，我們需要了解TI對(duì)于產(chǎn)品的一些重要聲明。TI有權(quán)對(duì)其產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行各種更改，并且可能會(huì)隨時(shí)停止某些產(chǎn)品或服務(wù)而不另行通知?？蛻粼谙聠吻皯?yīng)獲取最新信息，并確保其準(zhǔn)確性和完整性。同時(shí)，TI對(duì)硬件產(chǎn)品的性能提供符合標(biāo)準(zhǔn)保修的保證，但并非對(duì)每個(gè)產(chǎn)品的所有參數(shù)都進(jìn)行測(cè)試。此外，TI不承擔(dān)應(yīng)用協(xié)助、客戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面的責(zé)任，客戶需自行負(fù)責(zé)使用TI組件的產(chǎn)品和應(yīng)用，并采取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和操作保障措施。

對(duì)于評(píng)估套件，TI明確表示該套件僅用于工程開(kāi)發(fā)或評(píng)估目的，不適合商業(yè)使用。套件可能在設(shè)計(jì)、營(yíng)銷和制造相關(guān)的保護(hù)考慮方面不完整，也可能不符合歐盟電磁兼容性指令的技術(shù)要求。如果套件不符合用戶指南中的規(guī)格，可在交付后30天內(nèi)全額退款。用戶需承擔(dān)產(chǎn)品的正確和安全處理責(zé)任，并對(duì)TI因產(chǎn)品處理或使用產(chǎn)生的所有索賠進(jìn)行賠償。

二、TPS6024x器件基本信息

（一）基本工作原理

TPS6024x系列是170 μVrms零紋波開(kāi)關(guān)電容降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器。不同型號(hào)的輸入電壓范圍有所不同，例如TPS60240、TPS60242、TPS60243的輸入電壓范圍為1.8 V至5.5 V，而TPS60241的輸入電壓范圍為2.7 V至5.5 V。以TPS60241為例，其推挽式電荷泵級(jí)將輸入電壓提升至標(biāo)稱輸出電壓5 V，最小輸出電流為12 mA，當(dāng) (V_{IN} > 2.95 V) 時(shí)，最大輸出電流為25 mA。更詳細(xì)的功能描述可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

（二）器件家族

三、評(píng)估板（EVM）詳細(xì)介紹

（一）電路描述與原理圖

評(píng)估板上為所有必要信號(hào)提供了單引腳連接器。要操作該板，需在 (V_{IN}) 和GND之間連接具有適當(dāng)電壓電平的電源。為方便使用，還添加了一些額外的GND引腳。C1至C4是1206尺寸的SMD焊盤，這些部件并非操作必需，僅用于測(cè)試目的，可作為測(cè)試點(diǎn)或通過(guò)并聯(lián)其他電容來(lái)輕松增加電容值。

（二）評(píng)估板布局

評(píng)估板上的組件僅放置在頂層。評(píng)估板的尺寸為 (51.0 × 35.5 mm^{2})（即 (1810 mm^{2}) ），遠(yuǎn)大于IC及其電容所需的空間（約 (10 mm × 12 mm = 120 mm^{2}) ）。電容的選擇是為了優(yōu)化性能而非節(jié)省空間，不過(guò)也可以使用更小的電容來(lái)優(yōu)化布局以減少板空間。評(píng)估板上還在 (C{IN}) 和 (C{OUT}) 處并聯(lián)添加了1206尺寸的焊盤，方便焊接其他電容。底層信號(hào)為接地信號(hào)（GND），為保證良好性能，整個(gè)底層是一個(gè)GND平面，僅被一些過(guò)孔打斷。

（三）評(píng)估板設(shè)置

為確保評(píng)估板正常運(yùn)行，需遵循以下步驟：

1. 在輸出端（ (V_{OUT}) 和GND之間）連接負(fù)載：
   • 當(dāng) (V_{IN}=2.7 V) 至5.5 V時(shí)，負(fù)載電阻 (R = 417 Omega) ；
   • 當(dāng) (V_{IN}=2.95 V) 至5.5 V時(shí)，負(fù)載電阻 (R = 200 Omega) 。
2. 在輸入端（ (V_{IN}) ）和地（GND）之間連接具有適當(dāng)電壓（2.7 V至5.5 V）的電壓源（或電池組）。
3. 將跳線J1置于ON位置以啟用設(shè)備。

四、電容選擇建議

為了獲得最大輸出電流和最佳性能，建議使用評(píng)估板上放置的電容。對(duì)于較低電流或允許較高輸出電壓紋波的情況，也可以使用其他電容。建議輸出電容的最小值為0.22 μF，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，但使用如此低的輸出電容會(huì)使輸出紋波和噪聲大得多。當(dāng)飛跨電容小于1 μF時(shí)，最大輸出功率會(huì)降低。

陶瓷電容能使電荷泵獲得最佳性能。為減少?gòu)囊粋€(gè)電荷泵的傳輸階段（輸出電容充電）轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電荷泵時(shí)的尖峰，建議在輸入和輸出端使用陶瓷電容。鉭電容由于其等效串聯(lián)電阻（ESR）過(guò)高，無(wú)法過(guò)濾這些尖峰，因此在使用鉭電容作為輸入或輸出電容時(shí)，應(yīng)并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容以降低電壓尖峰。

通過(guò)對(duì)TPS60241EVM - 194評(píng)估模塊的詳細(xì)了解，我們可以看到它為電源設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)很好的評(píng)估平臺(tái)。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否也遇到過(guò)類似電源模塊評(píng)估的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。