TPS54260EVM - 597评估模块：高性能电源解决方案解析

在电子工程师的日常工作中，一款高效、稳定的电源转换器评估模块尤为重要。今天我就带大家深入了解 Texas Instruments 推出的 TPS54260EVM - 597 2.5 - A, SWIFT™ 调节器评估模块。

文件下载：TPS54260EVM-597.pdf

一、TPS54260EVM - 597 概述

1. 模块背景

TPS54260 直流 - 直流转换器能够在 3.5 V 至 60 V 的输入电压源下提供高达 2.5 A 的输出。该评估模块专为展示使用 TPS54260 调节器设计时所需的小尺寸印刷电路板面积而打造。其开关频率内部设定为标称 500 kHz，高端 MOSFET 与栅极驱动电路集成在 TPS54260 封装内。MOSFET 的低漏源导通电阻使 TPS54260 能实现高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。补偿组件位于集成电路外部，外部分压器可实现输出电压的可调。此外，TPS54260 还提供可调的软启动和欠压锁定输入。

2. 性能规格总结

此评估模块的性能规格十分出色，以下是主要参数：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围		10.8	12	13.2	V
输出电压设定点			3.3		V
输出电流范围	(V_{IN}) = 10.8 V 至 13.2 V	0		2.5	A
线性调整率	(IO) = 1.25 A, (V{IN}) = 10.8 V 至 13.2 V		±0.01%		%
负载调整率	(V_{IN}) = 12 V, (I_O) = 0.001 A 至 2.5A		±0.15%		%
负载瞬态响应（(I_O) = 1.5 A 至 2.5 A）				电压变化 -70 mV；恢复时间 0.3 ms
负载瞬态响应（(I_O) = 2.5 A 至 1.5 A）				电压变化 70 mV；恢复时间 0.3 ms
环路带宽	(V_{IN}) = 12 V, (I_O) = 2.5 A		31.5		kHz
相位裕度	(V_{IN}) = 12 V, (I_O) = 2.5 A		64		度
输入纹波电压	(I_O) = 2.5 A		360		mVpp
输出纹波电压	(I_O) = 2.5 A		10		mVpp
输出上升时间			6		ms
工作频率			300		kHz
最大效率	TPS54260EVM - 597, (V_{IN}) = 12 V, (I_O) = 0.8 A		87.1%
CCM/DCM 边界	(V_{IN}) = 12 V		0.337		A
Eco - mode™ 阈值	(V_{IN}) = 12 V		5		mA
无负载输入电流（开关状态）	(V_{IN}) = 12 V		392		µA

3. 模块修改

输出电压设定点

可以通过改变电阻 (R6) 的值来调整评估模块的输出电压。计算公式为 (R{6}=10 k Omega × frac{(V_{OUT } - 0.8 V)}{0.8 V}) 。不过需要注意，改变输出电压可能会影响环路响应，可能需要修改补偿组件。

工作频率、软启动和欠压锁定

工作频率由 (R_3) 设置，软启动时间由 (C_4) 设置，电阻分压器 (R_1) 和 (R_2) 设置欠压锁定的启动和停止电压。具体调整参数可参考 TPS54260 数据手册。

二、测试设置与结果

1. 输入/输出连接

在使用 TPS54260EVM - 597 时，需要将能够提供 1.5 A 的电源通过一对 20 AWG 电线连接到 J1，负载通过同样规格的电线连接到 J2，最大负载电流能力为 2.5 A。同时要尽量减小电线长度，以减少线路损耗。测试点 TP1 用于监测输入电压 (V_{IN})，TP2 作为接地参考；TP9 用于监测输出电压，TP10 作为接地参考。

2. 效率

该评估模块在 (V_{IN}) = 12 V 且负载电流约为 0.8 A 时效率达到峰值，随后随着负载电流接近满载而降低。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。

3. 输出电压调节

负载调节

其负载调节性能在图中清晰展示，测量环境温度为 25°C。从图中可以看出，在不同输出电流下，输出电压的偏差情况。大家思考一下，这种负载调节特性对于实际电路设计有哪些重要意义呢？

线性调节

线性调节反映了在不同输入电压下输出电压的稳定性。TPS54260EVM - 597 的线性调节曲线展示了在输入电压变化时输出电压的偏差情况。

4. 负载瞬态响应

当负载电流从 1.5 A 跃变到 2.5 A 时，输出电压会有一定的变化和恢复过程。了解这种瞬态响应对于设计需要应对负载突变的电路至关重要。大家在实际应用中如何根据这种瞬态响应来优化电路设计呢？

5. 环路特性

环路响应特性通过增益和相位图展示，这对于分析电源系统的稳定性和动态性能非常关键。

6. 输出和输入电压纹波

输出电压纹波直接影响到电源的质量，该评估模块在额定满载 2.5 A 和 (V_{IN}) = 12 V 时，输出电压纹波可控制在一定范围内。输入电压纹波同样需要关注，它反映了电源输入的稳定性。

7. 上电过程

启动波形展示了相对于输入电压 (V_{IN}) 上升时的启动过程。当输入电压达到欠压锁定阈值时，启动序列开始，输出电压以外部设定的速率向设定的 3.3 V 值上升。

8. 工作模式

连续导通模式（CCM）

当输出电流大于电感电流峰 - 峰值的一半时，电路工作在 CCM 模式。在这种模式下，输出电压、PH 节点电压和电感电流具有特定的波形特征。

不连续导通模式（DCM）

当标称输出电流低于 0.337 A 时，电路进入 DCM 模式。DCM 模式下的波形与 CCM 模式有所不同。

Eco - mode™ 操作

在轻负载电流时，TPS54260 会以脉冲跳跃的 Eco - mode™ 模式运行，当 COMP 引脚电压降至典型值 500 mA 时，设备进入该模式。

三、电路板布局

1. 布局特点

TPS54260EVM - 597 的顶层和底层采用 2 - oz 铜。顶层包含 (V{IN})、(V{OUT}) 和 VPHASE 的主要电源走线，以及 TPS54260 其余引脚的连接和大面积的接地区域。底层包含接地和 BOOT 电容器的信号走线。通过在电路板周围设置多个过孔，包括 TPS54260 器件正下方的六个过孔，将顶层和底层以及内部接地走线连接起来，为散热提供了良好的路径。输入去耦电容器和自举电容器都尽可能靠近集成电路放置，电压设定点电阻分压器组件也靠近集成电路。

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 (0.72 in)，此面积不包括测试点或连接器。

四、原理图和物料清单

1. 原理图

详细的原理图展示了 TPS54260EVM - 597 的电路连接和组成，为工程师进行电路分析和设计参考提供了重要依据。

2. 物料清单

物料清单详细列出了评估模块所使用的每个组件的数量、参考编号、值、描述、尺寸、部件编号和制造商等信息，这对于进行物料采购和电路组装非常有帮助。

总的来说，TPS54260EVM - 597 评估模块是一款功能强大、性能出色的电源解决方案评估工具。电子工程师们可以根据实际需求和测试结果，灵活运用该模块进行电源电路的设计和优化。大家在实际使用过程中有没有遇到过什么问题或者有独特的应用案例呢？欢迎在评论区分享交流。