德州儀器TPS6213x降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊使用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器是一種常見且重要的元件，它能將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的穩(wěn)定輸出電壓，滿足各種電子設(shè)備的供電需求。德州儀器（Texas Instruments）的TPS6213x系列降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（EVM）為工程師提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)，用于評(píng)估和測(cè)試這些轉(zhuǎn)換器的性能。本文將詳細(xì)介紹TPS6213x EVM的相關(guān)信息，包括其特點(diǎn)、性能規(guī)格、設(shè)置方法、測(cè)試結(jié)果等內(nèi)容。

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一、產(chǎn)品概述

1. 轉(zhuǎn)換器型號(hào)特點(diǎn)

TPS62130是一款3A的同步降壓轉(zhuǎn)換器，采用3x3-mm、16引腳QFN封裝，有固定和可調(diào)輸出電壓兩種版本。TPS62140為2A的同步降壓轉(zhuǎn)換器，同樣采用3x3-mm、16引腳QFN封裝，也具備固定和可調(diào)輸出電壓?jiǎn)卧?。TPS62150則是1A的同步降壓轉(zhuǎn)換器，封裝規(guī)格與前兩者相同，同樣有固定和可調(diào)輸出電壓可選。

2. 評(píng)估模塊背景

TPS62130EVM - 505（HPA505 - 001）使用TPS62130A可調(diào)版本，輸出電壓設(shè)定為3.3V，在輸入電壓3.7V至17V之間可實(shí)現(xiàn)全額定性能。TPS62140EVM - 505（HPA505 - 002）和TPS62150EVM - 505（HPA505 - 003）分別使用TPS62140A和TPS62150A可調(diào)版本，輸出電壓同樣設(shè)定為3.3V，輸入電壓范圍也是3.7V至17V時(shí)能達(dá)到全額定性能。

二、性能規(guī)格

這些性能規(guī)格為工程師在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)提供了重要的參考依據(jù)，你在實(shí)際使用中是否遇到過因性能規(guī)格不匹配而導(dǎo)致的問題呢？

三、模塊修改

1. 固定輸出操作

若要進(jìn)行固定電壓版本的評(píng)估，可將U1替換為固定電壓版本的IC，并將R2替換為0Ω電阻，同時(shí)移除R1。

2. 輸入和輸出電容

C2作為額外的輸入電容，雖非必需，但可用于降低輸入電壓紋波。C7是AVIN引腳的輸入電容，在TPS62130EVM - 505上是必需且已安裝的，其他版本可根據(jù)需要添加。C4為額外的輸出電容，有助于降低輸出電壓紋波并改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，但總輸出電容需保持在數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦范圍內(nèi)。

3. 軟啟動(dòng)時(shí)間

C5控制著TPS621x0EVM - 505輸出電壓的軟啟動(dòng)時(shí)間，改變C5的值可調(diào)整Vout的上升速度。不過要注意，C5值減小會(huì)使浪涌電流增大。

4. 環(huán)路響應(yīng)測(cè)量

通過對(duì)電路進(jìn)行兩個(gè)簡(jiǎn)單更改即可測(cè)量TPS621x0EVM - 505的環(huán)路響應(yīng)。一是在PCB背面中間的焊盤上安裝一個(gè)10Ω電阻（焊盤間距可安裝0805或0603尺寸的電阻），二是切斷輸出電壓過孔與連接到VOS引腳過孔的走線。完成這些更改后，可將交流信號(hào)（推薦峰 - 峰值為10mV）注入控制環(huán)路。

四、設(shè)置方法

1. 輸入/輸出連接器說明

• J1：EVM的正輸入連接，穩(wěn)態(tài)輸入電流小于1A時(shí)使用，否則使用J8。
• J2：輸入電壓感應(yīng)連接，用于測(cè)量輸入電壓。
• J3：EVM輸入電源的返回連接，穩(wěn)態(tài)輸入電流小于1A時(shí)使用，否則使用J8。
• J4：輸出電壓連接，穩(wěn)態(tài)輸出電流小于1A時(shí)使用，否則使用J9。
• J5：輸出電壓感應(yīng)連接，用于測(cè)量輸出電壓。
• J6：輸出返回連接，穩(wěn)態(tài)輸出電流小于1A時(shí)使用，否則使用J9。
• J7：PG/GND，PG輸出在該接頭的引腳1，引腳2為方便的接地端。
• J8：VIN/GND，引腳1為正輸入連接，引腳2為返回連接，穩(wěn)態(tài)輸入電流大于1A時(shí)使用。
• J9：VOUT/GND，引腳2為輸出電壓連接，引腳1為輸出返回連接，穩(wěn)態(tài)輸出電流大于1A時(shí)使用。
• J10：SS/TR & GND，SS/TR輸入在該接頭的引腳1，引腳2為接地端。
• JP1：EN引腳輸入跳線，將跳線跨接在ON和EN上開啟IC，跨接在OFF和EN上關(guān)閉IC。
• JP2：DEF引腳輸入跳線，跨接在HIGH和DEF上可將輸出電壓設(shè)置為高于標(biāo)稱值5%，跨接在LOW和DEF上設(shè)置為標(biāo)稱水平。
• JP3：FSW引腳輸入跳線，跨接在1.25MHz和FSW上使IC以標(biāo)稱1.25MHz的降低開關(guān)頻率運(yùn)行，跨接在2.5MHz和FSW上以標(biāo)稱2.5MHz的全開關(guān)頻率運(yùn)行。
• JP4：PG上拉電壓跳線，將跳線放在JP4上可將PG引腳的上拉電阻連接到Vout，也可移除跳線并在引腳2提供不同電壓將PG引腳拉到不同電平，但該外部施加電壓必須低于7V。

2. 具體設(shè)置步驟

要操作EVM，需根據(jù)上述說明將跳線JP1至JP4設(shè)置到所需位置，然后將輸入電源連接到J1和J3或J8，將負(fù)載連接到J4和J6或J9。你在設(shè)置過程中是否遇到過跳線設(shè)置錯(cuò)誤的情況呢？

五、測(cè)試結(jié)果

1. 效率測(cè)試

通過不同電感（1μH和2.2μH）以及不同開關(guān)頻率（FSW = LOW（高頻）和FSW = HIGH（低頻））下的效率測(cè)試曲線，我們可以直觀地看到轉(zhuǎn)換器在不同輸入電壓和負(fù)載電流下的效率表現(xiàn)。例如，在某些負(fù)載條件下，不同電感和開關(guān)頻率組合的效率差異較為明顯，這有助于工程師根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的參數(shù)。

2. 負(fù)載和線性調(diào)節(jié)測(cè)試

負(fù)載調(diào)節(jié)測(cè)試展示了在不同負(fù)載電流下輸出電壓的變化情況，線性調(diào)節(jié)測(cè)試則反映了輸入電壓變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性。這些測(cè)試結(jié)果對(duì)于評(píng)估轉(zhuǎn)換器在不同工作條件下的性能至關(guān)重要。

3. 環(huán)路響應(yīng)測(cè)試

環(huán)路響應(yīng)測(cè)試曲線顯示了轉(zhuǎn)換器在特定條件下（如2.2μH電感、FSW = LOW（高頻）、VIN = 12V和IOUT = 1A）的頻率響應(yīng)特性，有助于工程師分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。

4. 電壓紋波測(cè)試

輸入和輸出電壓紋波測(cè)試展示了在特定條件下（如2.2μH電感、FSW = LOW（高頻）、Vin = 12V和Iout = 1A）電壓的波動(dòng)情況，對(duì)于要求低紋波的應(yīng)用場(chǎng)景，這些測(cè)試結(jié)果能幫助工程師評(píng)估轉(zhuǎn)換器是否滿足需求。

5. 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)試

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)試記錄了轉(zhuǎn)換器在負(fù)載突然變化時(shí)的響應(yīng)情況，如1 - 2A負(fù)載階躍（1μH電感、Vin = 12V）和0.5 - 1A負(fù)載階躍（2.2μH電感、Vin = 12V），這對(duì)于評(píng)估轉(zhuǎn)換器在動(dòng)態(tài)負(fù)載下的性能非常重要。

6. 啟動(dòng)和關(guān)斷測(cè)試

啟動(dòng)和關(guān)斷測(cè)試展示了轉(zhuǎn)換器在不同條件下（如1A負(fù)載、Vin = 12V）的啟動(dòng)和關(guān)斷過程，包括有預(yù)偏置的情況（TPS62130和TPS62130A），這些測(cè)試結(jié)果有助于工程師了解轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)和關(guān)斷特性。

7. 熱性能測(cè)試

熱性能測(cè)試記錄了轉(zhuǎn)換器在特定條件下（如1μH電感、Vin = 12V、Iout = 3A、FSW = LOW（高頻）和2.2μH電感、Vin = 12V、Iout = 3A、FSW = HIGH（低頻））的溫度變化情況，對(duì)于評(píng)估轉(zhuǎn)換器的散熱性能和可靠性有重要意義。

六、電路板布局和原理圖

1. 電路板布局

文檔提供了TPS621x0EVM - 505的電路板布局圖，包括組裝層、頂層布線、內(nèi)部層1布線、內(nèi)部層2布線和底層布線等，這些布局信息有助于工程師了解電路板的結(jié)構(gòu)和布線方式，為實(shí)際設(shè)計(jì)提供參考。

2. 原理圖和物料清單

原理圖展示了TPS621x0EVM - 505的電路連接方式，物料清單則列出了電路板上各個(gè)元件的詳細(xì)信息，包括元件數(shù)量、參考編號(hào)、值、描述、尺寸、型號(hào)和制造商等，為工程師進(jìn)行元件采購(gòu)和電路設(shè)計(jì)提供了便利。

綜上所述，德州儀器的TPS6213x降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊為工程師提供了一個(gè)全面的測(cè)試和評(píng)估平臺(tái)，通過對(duì)其性能規(guī)格、模塊修改、設(shè)置方法、測(cè)試結(jié)果等方面的了解，工程師可以更好地將這些轉(zhuǎn)換器應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中。你在使用類似評(píng)估模塊時(shí)，是否有自己獨(dú)特的經(jīng)驗(yàn)和見解呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。