TPS563900 Buck 轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

在電子電路設(shè)計中，DC/DC 轉(zhuǎn)換器是非常重要的組件，它能將一種直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種直流電壓，以滿足不同電路的需求。德州儀器（Texas Instruments）的 TPS563900 Buck 轉(zhuǎn)換器評估模塊（TPS563900EVM - 574）就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品。下面將詳細(xì)介紹該評估模塊的相關(guān)信息。

文件下載：TPS563900EVM-574.pdf

一、產(chǎn)品概述

1.1 背景

TPS563900 是一款雙輸出電流模式控制的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，每個輸出額定電流高達(dá) 3.5 A，輸入電壓范圍為 4.5 V 至 18 V。該評估模塊旨在展示使用 TPS563900 調(diào)節(jié)器設(shè)計時可實現(xiàn)的小印刷電路板（PCB）面積。其開關(guān)頻率外部設(shè)定為標(biāo)稱 500 kHz，內(nèi)部集成了高端和低端 MOSFET 以及柵極驅(qū)動電路，低的漏源導(dǎo)通電阻使 TPS563900 能實現(xiàn)高效率，并有助于在高輸出電流時保持較低的結(jié)溫。補(bǔ)償組件在集成電路（IC）外部，通過外部分壓器可實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。此外，它還提供可調(diào)的軟啟動和欠壓鎖定輸入。TPS563900EVM - 574 的絕對最大輸入電壓為 20 V。

1.2 性能規(guī)格總結(jié)

1.3 模塊修改

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

輸出電壓可通過外部電壓分壓器或內(nèi)部 I2C 接口進(jìn)行設(shè)置。(VOUT1) 的外部輸出電壓調(diào)整由 R10 和 R11 的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，(VOUT2) 由 R16 和 R17 的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，R10 和 R16 固定為 40.2 kΩ。通過改變 R11 或 R17 的值，可在 0.68 V 至 1.95 V 范圍內(nèi)改變輸出電壓，計算公式如下： [R11=frac{R10 × 0.6V}{V{OUT}-0.6V} quad (1)] [R17=frac{R16 × 0.6V}{V{OUT}-0.6V} quad (2)]

也可使用 I2C 接口的可選 VID 控制來設(shè)置輸出電壓。通過 J2 連接器與 HPA172 USB 接口適配器配合，使用 TPS563900 GUI_ver_0_0_0_2 軟件，可將輸出電壓編程為 0.68 V 至 1.95 V 之間的 128 個預(yù)設(shè)電壓之一。

1.3.2 軟啟動時間

軟啟動時間可通過改變 (VOUT1) 或 (VOUT2) 的 C7 或 C8 的值進(jìn)行調(diào)整，計算公式如下： [C7(nF)=frac{T{ss}(ms) × 6mu A}{0.6V}] [C8(nF)=frac{T{ss}(ms) × 6mu A}{0.6V}] 評估模塊默認(rèn)使用 (C7 = C8 = 10nF)，軟啟動時間為 1 ms。

1.3.3 可調(diào)欠壓鎖定（UVLO）

可通過 R3 和 R4 或 R5 和 R6 分別為 (VOUT1) 或 (VOUT2) 外部調(diào)整欠壓鎖定（UVLO）。計算不同啟動電壓所需電阻值的公式如下： [R3=frac{V{START}(frac{V{ENFALLING}}{V{ENUSING}})-V{STOP}}{I{p}(1 - frac{V{ENFALLING}}{V{ENUSING}})+I{h}} quad (5)] 計算不同停止電壓所需電阻值的公式如下： [R4=frac{R3 × V{ENFALLING}}{V{STOP}-V{ENFALLING}+R3(I{p}+I{h})} quad (7)] [R6=frac{R5 × V{ENFALLING}}{V{STOP}-V{ENFALLING}+R5(I{p}+I{h})} quad (8)]

二、測試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

2.2 效率

在 25°C 環(huán)境溫度下，分別測試了 CCM 和 SKIP 模式下 (VOUT1) 和 (VOUT2) 的效率，并給出了不同輸出電流下的效率曲線。需要注意的是，由于內(nèi)部 MOSFET 的漏源電阻隨溫度變化，在較高環(huán)境溫度下效率可能會降低。

2.3 輸出電壓負(fù)載調(diào)整率

分別給出了 CCM 和 SKIP 模式下 (VOUT1) 和 (VOUT2) 的負(fù)載調(diào)整率曲線，測量環(huán)境溫度為 25°C。

2.4 輸出電壓線路調(diào)整率

展示了 CCM 和 SKIP 模式下 (VOUT1) 和 (VOUT2) 的線路調(diào)整率曲線，測試條件為 (I_{OUT}=1.75A)。

2.5 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

給出了 (VOUT1) 和 (VOUT2) 對負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)曲線，包括總峰 - 峰電壓變化，包含輸出上的紋波和噪聲。

2.6 環(huán)路特性

當(dāng)輸出電壓由外部電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置時，給出了 (V_{IN}) 電壓為 12 V、負(fù)載電流為 1.75 A 時的環(huán)路響應(yīng)特性，包括增益和相位圖。

2.7 輸出電壓紋波

展示了不同輸出電流下的輸出電壓紋波情況，輸入電壓 (V_{IN}=12V)，紋波電壓直接跨輸出電容測量。

2.8 上電和關(guān)機(jī)

分別給出了 TPS563900EVM - 574 上電和關(guān)機(jī)的波形圖，輸入電壓為 12 V，負(fù)載為 1 Ω。

三、電路板布局

3.1 布局說明

TPS563900EVM - 574 的電路板布局包括頂層、底層和內(nèi)部層，各層均為 2 - oz. 銅。頂層包含 (V{IN})、(VOUT1)、(VOUT2) 和開關(guān)節(jié)點的主電源走線，以及 TPS563900 其余引腳的連接和大面積接地。內(nèi)部層 1 為電源接地平面，內(nèi)部層 2 包含額外的 (V{IN})、(VOUT1) 和 (VOUT2) 銅填充區(qū)域以及信號路由走線，底層僅包含電源接地平面。頂層接地走線通過多個過孔與底層和內(nèi)部接地平面連接。輸入去耦電容、LDO 輸出電容和自舉電容都盡可能靠近 IC 放置，電壓設(shè)定點電阻分壓器組件也靠近 IC，電壓分壓器網(wǎng)絡(luò)在調(diào)節(jié)點與輸出電壓相連。

四、原理圖和物料清單

4.1 原理圖

給出了 TPS563900EVM - 574 的原理圖，展示了電路的連接方式和組件布局。

4.2 物料清單

詳細(xì)列出了評估模塊所使用的組件，包括電容、電阻、電感、連接器、IC 等，以及它們的規(guī)格、封裝、參考編號、制造商等信息。

五、修訂歷史

從 2014 年 3 月的版本到 2021 年 7 月的版本，對文檔中的表格、圖形和交叉引用的編號格式進(jìn)行了更新，并更新了用戶指南的標(biāo)題。

通過以上對 TPS563900 Buck 轉(zhuǎn)換器評估模塊的介紹，相信電子工程師們對該模塊有了更深入的了解。在實際設(shè)計中，可根據(jù)具體需求對模塊進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以實現(xiàn)更好的性能。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。