TPS54332 降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，电源管理芯片的性能和应用至关重要。今天我们来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的 TPS54332 降压转换器评估模块（TPS54332EVM - 416），它能为我们在电源设计方面提供很多有价值的参考。

文件下载：TPS54332EVM-416.pdf

一、引言

1.1 背景

TPS54332 是一款 DC/DC 转换器，能够在 3.5V 至 28V 的输入电压源下提供高达 3.5A 的输出电流。这款评估模块旨在展示使用 TPS54332 调节器设计时可以实现的小尺寸印刷电路板面积。其开关频率内部设定为标称 1000kHz，高端 MOSFET 与栅极驱动电路集成在 TPS54332 封装内。MOSFET 低的漏源导通电阻使得 TPS54332 能够实现高效率，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（IC）外部，外部分压器允许输出电压可调。此外，TPS54332 还提供可调的软启动和欠压锁定输入。TPS54332EVM - 416 的绝对最大输入电压为 30V。

EVM	输入电压范围	输出电流范围
TPS54332EVM - 416	VIN = 5V 至 15V	0A 至 3.5A

1.2 性能规格总结

在输入电压 (V{IN}=12V) 和输出电压为 2.5V 的条件下（除非另有说明），TPS54332EVM - 416 有一系列性能规格指标。它的设计和测试输入电压范围为 (V{IN}=7V) 至 28V，所有测量的环境温度为 25°C（除非另有说明）。

规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VIN 电压范围	-	5	12	15	V
输出电压设定点	-	-	2.5	-	V
输出电流范围	VIN = 5V 至 15V	0	-	3.5	A
线性调整率	IO = 1A，VIN = 5V 至 15V	-	-	±0.16%	-
负载调整率	VIN = 12V，IO = 0.2A 至 3.5A	-	-	±0.10%	-
电压变化（IO = 0.75A 至 2.5A）	-	-	-	-10	mV
恢复时间（IO = 0.75A 至 2.5A）	-	-	-	400	μs
负载瞬态响应（IO = 2.5A 至 0.75A）	-	-	-	10	mV
恢复时间（IO = 2.5A 至 0.75A）	-	-	-	400	μs
环路带宽	VIN = 12V，IO = 3.5A	-	42	-	kHz
相位裕度	VIN = 12V，IO = 3.5A	-	45	-	-
输入纹波电压	IO = 3.5A	-	-	110	mVpp
输出纹波电压	IO = 3.5A	-	-	10	mVpp
输出上升时间	-	-	-	6	ms
工作频率	-	-	1000	-	kHz
最大效率（TPS54332EVM - 416，VIN = 5V，IO = 0.5A）	-	-	89%	-	-

1.3 修改

该评估模块设计用于展示 TPS54332 的特性，也可以进行一些修改。

1.3.1 输出电压设定点

要改变 EVM 的输出电压，可以改变电阻 (R{6}) 的值。改变 (R{6}) 的值可以使输出电压高于 0.8V。特定输出电压下 (R{6}) 的值可以使用公式 (R{6}=10.2 kΩ × frac{0.8V}{V_{OUT } - 0.8V}) 计算。

输出电压 (V)	(R_{6}) 值 (kΩ)
1.8	8.25
2.5	4.75
3.3	3.24
5	1.96

需要注意的是，(VIN) 必须在一定范围内，以确保最小导通时间大于 130ns，最大占空比小于 91%。改变输出电压会影响输出阻抗，进而影响环路响应，可能需要修改补偿组件的值。

二、测试设置和结果

2.1 输入和输出连接

TPS54332EVM - 416 配备了输入和输出连接器以及测试点。需要一个能够提供 3A 电流的电源通过一对 20AWG 电线连接到 J1，负载通过一对 20AWG 电线连接到 J4，最大负载电流能力为 3.5A。为减少电线损耗，应尽量缩短电线长度。测试点 TP1 用于监测 (VIN) 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。

参考标识	功能
J1	VIN（见输入电压范围表）
J2	2 针启用头。将 EN 连接到地禁用，断开启用
J3	2 针软启动监测和 GND 头
J4	VOUT，最大 3.5A 时为 2.5V
TP1	VIN 连接器处的 VIN 测试点
TP2	VIN 处的 GND 测试点
TP3	PH 测试点
TP4	分压器网络和输出之间的测试点，用于环路响应测量
TP5	OUT 连接器处的输出电压测试点
TP6	OUT 连接器处的 GND 测试点

2.2 效率

该 EVM 的效率在负载电流约为 0.5A 和输入电压为 5V 时达到峰值，然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。

2.3 输出电压负载调整率

在环境温度为 25°C 时，TPS54332EVM - 416 有相应的负载调整率表现。

2.4 输出电压线性调整率

通过测试可以得到 TPS54332EVM - 416 的线性调整率情况。

2.5 负载瞬态响应

当输入电压为 12V，电流从 0.75A 阶跃到 2.5A 时，TPS54332EVM - 416 有对应的响应，输出的总峰 - 峰电压变化包括纹波和噪声。

2.6 环路特性

在 (VIN) 电压为 12V，负载电流为 3.5A 的条件下，可以得到 TPS54332EVM - 416 的环路响应特性，包括增益和相位图。

2.7 输出电压纹波

在输出电流为额定满载 3.5A 且 (V_{IN}=12V) 时，直接在输出电容两端测量纹波电压。

2.8 输入电压纹波

同样在输出电流为额定满载 3.5A 且 (V_{IN}=12V) 时，直接在输入电容两端测量纹波电压。

2.9 上电

输入电压为 12V 且无负载时，可以观察到 TPS54332EVM - 416 的启动波形。

2.10 节能模式操作

在轻负载电流下，TPS54332 设计为以脉冲跳跃节能模式运行。当典型电感峰值电流低于 100mA 时，设备进入节能模式。

三、电路板布局

3.1 布局

TPS54332EVM - 416 的电路板布局有其特点。顶层包含 (V_{IN})、(Vout) 和 VPHASE 的主要功率走线，以及 TPS54332 其余引脚的连接和大面积的接地。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多个过孔连接，包括 TPS54332 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（C2）和自举电容（C4）尽可能靠近 IC 放置，电压设定点电阻分压器组件也靠近 IC。

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 (0.68 in^{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

TPS54332EVM - 416 有其对应的原理图，通过原理图可以清晰了解电路的连接和设计。

4.2 物料清单

数量	参考标识	值	描述	尺寸	部件编号	制造商
0	C1	-	陶瓷电容，25V，X5R，10%	1206	-	-
1	C2	10 μF	陶瓷电容，25V，X5R，10%	1206	GRM31CR61E106KA	muRata
1	C3, C8	47 μF	陶瓷电容，10V，X5R，10%	1210	Std	Std
1	C4	0.1 μF	陶瓷电容，16V，X7R，10%	0603	Std	Std
1	C5	0.015 μF	陶瓷电容，16V，X7R，10%	0603	Std	Std
1	C6	180 pF	陶瓷电容，50V，NPO，5%	0603	Std	Std
1	C7	10 pF	陶瓷电容，50V，NPO，5%	0603	Std	Std
1	D1	B320A	肖特基二极管，3A，20V	SMA 0.27 × 0.25 inch	B320A	Diodes Inc
2	J1, J4	-	2 针端子块，6A，3.5mm	0.100 × 2	ED1514	OST
2	J2, J3	-	2 针插头，100 密耳间距（36 针条）	0.402 × 0.394 inch	PTC36SAAN	-
1	L1	2.5 μH	贴片电感，9.26A，10 mΩ	0603	MSS1038 - 252NX_	Coilcraft
1	R1	150 KΩ	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R2	48.7 KΩ	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R3	75.0 kΩ	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	10.2 kΩ	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R6	4.75 kΩ	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
0	R7	-	贴片电阻，1/16W，1%	0.100 × 0.100 inch	Std	Std
5000	-	-	红色通孔测试点，颜色编码	0.100 × 0.100 inch	5000	Keystone
3	TP1, TP3, TP5	-	-	-	-	-
3	TP2, TP4, TP6	-	-	-	-	-
5001	-	-	黑色通孔测试点，颜色编码	SO8[DDA]	5001	Keystone
1	U1	TPS54332DDA	降压 Swift 转换器 IC，3.5V - 28V，3.5A	-	TPS54332DDA	TI
1	PCB	HPA416	-	-	-	-
1	Shunt	929950 - 00	-	-	929950 - 00	3M

五、修订历史

从 2009 年 2 月的版本到 2021 年 10 月的版本，文档更新了表格、图形和交叉引用的编号格式，同时更新了用户指南的标题。

通过对 TPS54332 降压转换器评估模块的详细了解，我们可以更好地将其应用到实际的电源设计中。大家在使用过程中有没有遇到过类似模块的一些特殊问题呢？欢迎在评论区交流分享。