TPS54232 降压转换器评估模块使用指南

一、引言

今天要和大家分享的是德州仪器（Texas Instruments）的 TPS54232 降压转换器评估模块（TPS54232EVM - 415）。这个评估模块能为我们提供 TPS54232 相关的背景信息、性能规格、原理图以及物料清单等重要内容，对于电子工程师来说，它是一个很好的学习和测试工具。

文件下载：TPS54232EVM-415.pdf

1.1 背景

TPS54232 是一款直流 - 直流转换器，它可以在 3.5V 到 28V 的输入电压下提供最高 2A 的输出电流。评估模块的额定输入电压范围是 5V 到 15V，输出电流范围是 0A 到 2A。其开关频率内部设定为标称 1000kHz，内部集成了高端 MOSFET 和栅极驱动电路。MOSFET 低的漏源导通电阻使得 TPS54232 能实现高效率，并且在高输出电流时有助于降低结温。补偿组件在集成电路外部，通过外部分压器可实现输出电压可调。此外，TPS54232 还提供可调的软启动和欠压锁定输入功能。TPS54232EVM - 415 的绝对最大输入电压为 30V。

1.2 性能规格总结

TPS54232EVM - 415 的性能规格总结如下（除非另有说明，输入电压 (V_{IN}=12V)，输出电压 2.5V，环境温度 25°C）：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{IN}) 电压范围		5	12	15	V
输出电压设定点			2.5		V
输出电流范围	(V_{IN}=5V) 到 15V	0		2	A
线性调节率	(I{O}=1A)，(V{IN}=5V) 到 15V			±0.02%
负载调节率	(V{IN}=12V)，(I{O}=0.2A) 到 2A			±0.25%
负载瞬态响应（(I_{O}=0.5A) 到 1.5A）		电压变化 - 40mV
		恢复时间 400μs
负载瞬态响应（(I_{O}=1.5A) 到 0.5A）		电压变化 60mV
		恢复时间 400μs
环路带宽	(V{IN}=12V)，(I{O}=1A)		36		kHz
相位裕度	(V{IN}=12V)，(I{O}=1A)		54
输入纹波电压	(I_{O}=2A)			160	mVpp
输出纹波电压	(I_{O}=2A)			10	mVpp
输出上升时间			6		ms
工作频率			1000		kHz
最大效率（(V{IN}=5V)，(I{O}=0.5A)）			88.6%

1.3 修改

这个评估模块可以进行一些修改。比如要改变输出电压设定点，需要改变电阻 (R{6}) 的值。通过公式 (R{6}=10.2kΩ × frac{0.8V}{V{OUT}-0.8V}) 可以计算出特定输出电压对应的 (R{6}) 值。不过要注意，(V_{IN}) 必须在一定范围内，以保证最小导通时间大于 130ns，最大占空比小于 91%。

二、测试设置和结果

2.1 输入/输出连接

TPS54232EVM - 415 配备了输入/输出连接器和测试点。需要用 20AWG 的导线将能够提供 2A 电流的电源连接到 J1，负载通过 20AWG 的导线连接到 J4，负载最大电流能力为 2A，同时要尽量减小导线长度以降低导线损耗。测试点 TP1 用于监测 (V_{IN}) 输入电压，TP2 作为接地参考；TP5 用于监测输出电压，TP6 作为接地参考。

2.2 效率

该评估模块在 (V_{IN}=5V) 时，负载电流约为 0.5A 时效率达到峰值，随着负载电流接近满载，效率会降低。在较高环境温度下，由于内部 MOSFET 漏源电阻的温度变化，效率可能会降低。

2.3 输出电压负载调节

在环境温度为 25°C 时，TPS54232EVM - 415 的负载调节情况可以通过相应曲线查看。

2.4 输出电压线性调节

同样在 25°C 环境温度下，其线性调节情况也有对应的曲线展示。

2.5 负载瞬态

当输入电压为 15V，电流从最大额定负载的 25% 阶跃到 75% 时，TPS54232EVM - 415 的响应可以从相关曲线中看到，输出的总峰 - 峰电压变化包括纹波和噪声。

2.6 环路特性

在 (V_{IN}) 电压为 15V，负载电流为 1A 时，可通过曲线查看 TPS54232EVM - 415 的环路响应特性，包括增益和相位曲线。

2.7 输出电压纹波

当输出电流为额定满载 2A，(V_{IN}=15V) 时，直接在输出电容两端测量纹波电压，其情况可从对应曲线得知。

2.8 输入电压纹波

同样在输出电流为额定满载 2A，(V_{IN}=15V) 时，直接在输入电容两端测量纹波电压，相关情况有曲线展示。

2.9 上电

启动波形可参考相关曲线。当输入电压为 12V 且无负载时，通过 J2 上的跳线将 EN 连接到地可抑制输出，移除跳线释放 EN，当 EN 电压达到 1.25V 的使能阈值电压时，启动序列开始，输出以外部设定的速率向 2.5V 的设定值上升。

2.10 Eco - 模式操作

在轻负载电流下，TPS54232 设计为以脉冲跳过的 Eco - 模式运行。当典型电感峰值电流低于 100mA 时，设备进入 Eco - 模式。

三、电路板布局

3.1 布局

TPS54232EVM - 415 的电路板布局从相关图中可以看到，顶层和底层为 2oz 铜。顶层包含 (V{IN})、(V{OUT}) 和 VPHASE 的主要功率走线，还有 TPS54232 其余引脚的连接以及大面积的接地。底层包含接地和 BOOT 电容的信号走线。顶层和底层以及内部接地走线通过围绕电路板放置的多个过孔连接，包括 TPS54232 器件正下方的十个过孔，以提供从顶层接地平面到底层接地平面的热路径。输入去耦电容和自举电容都尽可能靠近 IC 放置，电压设定点电阻分压器组件也靠近 IC，电压分压器网络在调节点连接到输出电压。

3.2 估计电路面积

该设计中使用的组件估计印刷电路板面积为 (0.44in^{2})，此面积不包括测试点或连接器。

四、原理图和物料清单

4.1 原理图

TPS54232EVM - 415 的原理图可参考对应图示。

4.2 物料清单

物料清单详细列出了各个组件的信息，包括电容、电阻、电感、二极管、连接器、测试点、IC 以及 PCB 等，具体信息如下表所示：	数量	参考编号	值	描述	尺寸	零件编号	制造商
1	C1	4.7μF	陶瓷电容，25V，X5R，10%	1206	GRM31CR61E106KA	muRata
0	C2	开路	陶瓷电容，25V，X5R，10%	1206	GRM31CR61E106KA	muRata
1	C3	22μF	陶瓷电容，10V，X7R，10%	1210	Std	Std
1	C4	0.1μF	陶瓷电容，16V，X7R，10%	0603	Std	Std
1	C5	0.015μF	陶瓷电容，16V，X7R，10%	0603	Std	Std
1	C6	680pF	陶瓷电容，16V，X7R，10%	0603	Std	Std
1	C7	47pF	陶瓷电容，16V，X7R，10%	0603	Std	Std
0	C8	开路	陶瓷电容，10V，X5R，10%	1210	Std	TDK
1	D1	B220A	肖特基二极管，2A，20V	SMA	B220A	Diodes Inc
2	J1, J4	ED1514	2 针端子块，6A，3.5mm	0.27 × 0.25 英寸	ED1514	OST
2	J2, J3	PTC36SAAN	2 针插头，100mil 间距，(36 针条)	0.100 × 2	PTC36SAAN	Sullins
1	L1	3.3μH	电感，SM 环形，3.72A，20mΩ	0.287 × 0.287 英寸	MSS7341 - 332	Coilcraft
1	R1	150kΩ	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R2	48.7kΩ	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R3	17.4kΩ	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R4	0	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R5	10.2kΩ	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R6	4.75kΩ	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
0	R7	开路	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
3	TP1, TP3, TP5	5000	红色通孔测试点，颜色编码	0.100 × 0.100 英寸	5000	Keystone
3	TP2, TP4, TP6	5001	黑色通孔测试点，颜色编码	0.100 × 0.100 英寸	5001	Keystone
1	U1	TPS54232D	集成电路，DC - DC 转换器，28V，2A，SO - 8	TPS54232D	TI
1	PCB	2 英寸 × 2 英寸 × 0.062 英寸		2.0" × 2.0" × 0.062"	HPA415	Any

五、修订历史

从 2009 年 1 月的版本到 2021 年 10 月的版本，主要更新了文档中表格、图形和交叉引用的编号格式，以及更新了用户指南的标题。

大家在使用 TPS54232EVM - 415 评估模块时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。