TPS51120 Buck控制器评估模块使用指南

在电子设计领域，电源管理模块的性能和稳定性至关重要。TPS51120 Buck控制器评估模块为工程师们提供了一个高效、灵活的解决方案。下面将详细介绍该评估模块的相关信息。

文件下载：TPS51120EVM-001.pdf

一、TPS51120简介

TPS51120是一款高度精密的双电流模式同步降压控制器。它专为直接由三到四节锂离子电池供电而设计，能够为笔记本电脑系统中的所有下游电路提供高功率以及5V、3.3V或两者兼有的待机调节功能。其板载的高电流（100mA）5V或3.3V线性稳压器具有无毛刺切换到开关电源（SMPS）的功能，并且在待机状态下可以独立保持工作。

该控制器采用伪恒定频率自适应导通时间控制方案，支持全范围的电流模式操作，包括简化的环路补偿、陶瓷输出电容，以及在轻载条件下无缝过渡到低频操作。此外，可选的D - CAP™模式操作针对SP - CAP或POSCAP输出电容进行了优化，可进一步减少外部补偿部件。

TPS51120EVM - 001评估模块是一款高效的双同步降压转换器，能够在8V至25V的输入电压下提供6A的5V和6A的3.3V输出。本用户指南主要描述了该评估模块在D - CAP模式和(R_{DS(on)})电流感应下的性能。

二、电气性能

输入电压范围

输入电压范围（(V_{BAT})）为8V至25V，典型值为12V。

通道1（CH1）

• 输出电压：可设置为5V。
• 工作频率：当(TONSEL)设置为(V{REF2})，(V{BAT}=12V)，(I_{OUT1}=6A)时，典型工作频率为280kHz。
• 输出电流：在(V_{BAT})为8V至25V的范围内，输出电流可达6A。
• 过流限制：当(V_{BAT}=12V)时，过流限制为10A。
• 输出纹波电压：当(V{BAT}=12V)，(I{OUT1}=6A)时，输出纹波电压为40mV p - p。

通道2（CH2）

• 输出电压：固定为3.3V。
• 工作频率：当(TONSEL)设置为(V{REF2})，(V{BAT}=12V)，(I_{OUT2}=6A)时，典型工作频率为430kHz。
• 输出电流：在(V_{BAT})为8V至25V的范围内，输出电流可达6A。
• 过流限制：当(V_{BAT}=12V)时，过流限制为10A。
• 输出纹波电压：当(V{BAT}=12V)，(I{OUT2}=6A)时，输出纹波电压为45mV p - p。

三、测试设置与结果

测试设置

将测试设备与TPS51120EVM - 001板按照特定的连接方式进行连接，具体连接方式可参考文档中的图4 - 1。

测试步骤

1. 确保开关SW1（EN1）、SW2（EN2）、SW3（EN5）和SW4（EN3）处于“OFF”位置。
2. 将JP1的分流跳线设置为5 - 6引脚（Med2），将JP2的分流跳线设置为1 - 2引脚（自动跳过）。
3. 向(V{BAT1})和(V{BAT_GND1})端子施加适当的(V_{BAT})电压。
4. 打开SW3（EN5），VREG5（5V - LDO）启动。
5. 打开SW4（EN3），VREG3（3.3V - LDO）启动。
6. 当SW3和SW4保持开启状态时，(V_{REF2})（2V - REF）启用。
7. 当SW3和SW4保持开启状态并打开SW1（EN1）时，CH1输出将启动。
8. 当SW3和SW4保持开启状态并打开SW2（EN2）时，CH2输出将启动。

启动性能

文档中给出了5V和3.3V的启动波形图（图4 - 2和图4 - 3），通过观察这些波形，工程师可以了解模块在启动过程中的性能表现。

瞬态性能

文档中还给出了5V和3.3V的负载瞬态响应图（图4 - 4和图4 - 5），这些图有助于评估模块在负载变化时的动态性能。

四、配置

开关频率选择

可以通过EVM上的JP1的(TONSEL)引脚设置开关频率。默认设置为Medium2。不同的跳线设置对应不同的频率，具体如下：	Jumper (JP1) Set to	Frequency (1)
TYP	CH1	CH2
Top (1 - 2 pin shorted)	Slow	180 kHz	270 kHz
2nd (3 - 4 pin shorted)	Medium1	220 kHz	330 kHz
3rd (5 - 6 pin shorted)	Medium2	280 kHz	430 kHz
Bottom (7 - 8 pin shorted)	Fast	380 kHz	580 kHz

跳过模式和故障禁用选择

可以通过EVM上的JP2的(SKIPSEL)引脚设置跳过模式。此外，还可以选择故障禁用模式用于调试目的。默认设置为自动跳过和故障启用。具体设置如下：	Jumper (JP2) set to	Skip	Faults
Top (1 - 2 pin shorted)	Auto - skip	Enable
2nd (3 - 4 pin shorted)	Auto - skip	Disable
Bottom (5 - 6 pin shorted)	PWM	Enable

输出电压设置选择

可以通过EVM上的(V_{FBx})引脚使用一些电阻来设置输出电压。默认设置为可调输出。具体设置如下：

CH1

	R3	R4	R9
Adjustable output	7.5 kΩ	30 kΩ	Open
Fixed output; 5 V	Open	Open	0 Ω

CH2

	R29	R25
Adjustable output	17.2 kΩ	Open
Fixed output; 3.3 V	Open	0 Ω

控制方案选择

可以通过EVM上的(COMPx)引脚使用一些电阻和电容来设置控制方案。默认设置为D - CAP模式。具体设置如下：

CH1

	R12	C9	C11	R14
D - CAP mode	Shorted	Open	Open	Open
Current mode (1)	Open	Put on	Put on	Put on

CH2

	R24	C15	C14	R20
D - CAP mode	Shorted	Open	Open	Open
Current mode (1)	Open	Put on	Put on	Put on

当选择电流模式时，需要在C9、C11、C15、C14、R14和R20上添加适当的部件，并切断R12和R24焊盘之间的走线。

五、EVM组装图和PCB布局

文档中提供了EVM的顶部组装图、底部组装图以及各层PCB布局图（图6 - 1至图6 - 6），这些图有助于工程师了解模块的物理结构和布线情况。

六、材料清单

文档中列出了评估模块所使用的各种材料的详细信息，包括参考编号、数量、描述、尺寸、制造商和零件编号等。这对于工程师进行物料采购和模块组装非常有帮助。

七、总结

TPS51120 Buck控制器评估模块具有高性能、灵活性强等特点，通过合理的配置和测试，可以满足不同应用场景的需求。工程师们在使用该模块时，需要仔细阅读本用户指南，根据实际需求进行参数设置和测试，以确保模块的性能和稳定性。你在使用这个评估模块的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。