TPS54329 降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，降压转换器是常见且关键的元件。今天我们来详细了解一下德州仪器（Texas Instruments）的 TPS54329 降压转换器评估模块（TPS54329EVM - 056），看看它有哪些特点和性能表现。

文件下载：TPS54329EVM-056.pdf

一、TPS54329 简介

TPS54329 是一款单路、自适应导通时间、D - CAP2™ 模式的同步降压转换器，具有外部元件数量少的优点。它的 D - CAP2 控制电路针对低等效串联电阻（ESR）输出电容器（如 POSCAP、SP - CAP 或陶瓷类型）进行了优化，具备快速瞬态响应能力，且无需外部补偿。其开关频率内部设定为标称 700 kHz，高侧和低侧开关 MOSFET 以及栅极驱动电路都集成在 TPS54329 封装内。MOSFET 的低漏源导通电阻使得 TPS54329 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。该转换器设计用于从 4.5 V 至 18 V 的输入电压源提供高达 2 A 的输出，输出电压范围为 0.76 V 至 7 V。

二、评估模块概述

TPS54329EVM - 056 评估模块电路是一个单路同步降压转换器，可从 4.5 V 至 18 V 的输入提供 1.05 V、3 A 的输出。以下是其输入电压和输出电流范围：	EVM	输入电压范围	输出电流范围
TPS54329EVM - 056	4.5 V 至 18 V	0 A 至 3 A

三、性能规格总结

在输入电压 (V_{IN}=12V)、输出电压 1.05 V、环境温度 25°C（除非另有说明）的条件下，TPS54329EVM - 056 的性能规格如下：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围 ((V_{IN}))	-	4.5	12	18	V
输出电压	-	-	1.05	-	V
工作频率	(V{IN}=12V)，(I{O}=1A)	-	650	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	3	A
线性调整率	(I_{O}=1.5A)	-	-	±0.4	%
负载调整率	(V_{IN}=12V)	-	-	±0.12	%
过流限制	(V{IN}=12V)，(L{O}=1.5µH)	3.5	4.2	5.7	A
输出纹波电压	(V{IN}=12V)，(I{O}=3A)	-	-	15	(mV_{PP})
最大效率	(V{IN}=5V)，(I{O}=0.6A)	-	86.4	-	%

四、模块修改

4.1 输出电压设定点

若要改变评估模块的输出电压，需要改变电阻 R1 的值。对于 0.76 V 至 7 V 的输出电压，可使用公式 (V_{O}=0.765times(1+frac{R1}{R2})) 计算 R1 的值。以下是一些常见输出电压对应的 R1 值：	输出电压 (V)	C9、C10、C11 总电容 (µF)	C4 (pF)	L1 (µH)	R2 (kΩ)	R1 (kΩ)
1.05	8.25	22.1	1.5	20 - 68	-
1.2	12.7	22.1	1.5	20 - 68	-
1.5	21.5	22.1	1.5	20 - 68	-
1.8	30.1	22.1	5 - 22	2.2	20 - 68
2.5	49.9	22.1	5 - 22	2.2	20 - 68
3.3	73.2	22.1	5 - 22	2.2	20 - 68
5	124	22.1	5 - 22	3.3	20 - 68
6.5	165	22.1	5 - 22	3.3	20 - 68

当输出电压为 1.8 V 或更高时，可能需要一个前馈电容（C4）来改善相位裕度，印刷电路板上提供了该元件的焊盘。

4.2 输出滤波器和闭环响应

TPS54329 依靠输出滤波器特性来确保控制回路的稳定性。常见输出电压的推荐输出滤波器组件已在表中给出，但其他输出滤波器组件值也可能提供可接受的闭环特性。R3 和 TP4 方便用于断开控制回路并测量闭环响应。

五、测试设置和结果

5.1 输入/输出连接

TPS54329EVM - 056 提供了输入/输出连接器和测试点。必须通过一对 20 AWG 电线将能够提供 2 A 电流的电源连接到 J1，负载通过一对 20 AWG 电线连接到 J2，最大负载电流能力为 3 A。应尽量减小电线长度以减少电线中的损耗。测试点 TP1 用于监测 (V_{IN}) 输入电压，TP2 提供方便的接地参考；TP8 用于监测输出电压，TP9 作为接地参考。	参考标识	功能
J1	(V{IN})（(V{IN}) 范围见表 1 - 1）
J2	(V_{OUT})，1.05 V，最大 3 A
JP1	EN 控制。将 EN 连接到 OFF 禁用，连接到 ON 启用
TP1	(V{IN}) 连接器处的 (V{IN}) 测试点
TP2	(V_{IN}) 连接器处的 GND 测试点
TP3	EN 测试点
TP4	环路响应测量测试点
TP5	VREG5 测试点
TP6	开关节点测试点
TP7	模拟接地测试点
TP8	(V_{OUT}) 连接器处的输出电压测试点
TP9	输出 (V_{OUT}) 连接器处的接地测试点

5.2 启动程序

1. 确保 JP1（启用控制）处的跳线设置为从 EN 到 OFF。
2. 将适当的 (V{IN}) 电压施加到 J1 处的 (V{IN}) 和 PGND 端子。
3. 将 JP1（启用控制）处的跳线移动到覆盖 EN 和 ON，评估模块启用输出电压。

5.3 效率

在环境温度 25°C 下，TPS54329EVM - 056 的效率如图 4 - 1 所示，轻载效率如图 4 - 2 所示。从图中我们可以直观地看到不同输入电压和输出电流下的效率情况，这对于评估转换器在不同工作条件下的性能非常有帮助。大家可以思考一下，在实际应用中如何根据效率曲线来选择合适的工作点呢？

5.4 负载调整率和线性调整率

负载调整率如图 4 - 3 所示，线性调整率如图 4 - 4 所示。这两个指标反映了转换器在负载变化和输入电压变化时输出电压的稳定性。通过观察这些曲线，我们可以评估转换器在不同工况下的性能表现，在设计电路时合理选择参数以满足系统对电压稳定性的要求。

5.5 负载瞬态响应、输出电压纹波和输入电压纹波

负载瞬态响应如图 4 - 5 所示，输出电压纹波如图 4 - 6 所示，输入电压纹波如图 4 - 7 所示。这些指标对于需要快速响应和低纹波的应用非常重要。例如在一些对电源质量要求较高的电路中，如何通过优化电路参数来改善这些指标是我们需要关注的问题。

5.6 启动

TPS54329EVM - 056 相对于 (V_{IN}) 和 EN 的启动波形分别如图 4 - 8 至图 4 - 11 所示。了解启动过程中的波形有助于我们分析转换器在启动阶段的性能，避免启动过程中出现异常情况。

六、电路板布局

TPS54329EVM - 056 的电路板布局如图 5 - 1 至图 5 - 5 所示。顶层包含 (V{IN})、(V{O}) 和接地的主要功率走线，以及 TPS54329 引脚的连接和大面积的接地区域。许多信号走线也位于顶层，输入去耦电容器尽可能靠近 IC。输入和输出连接器、测试点和所有组件都位于顶层。顶层提供了一个模拟接地（GND）区域，模拟接地（GND）和功率接地（PGND）在顶层靠近 C6 的单点连接。两个内层完全用于功率接地平面，底层主要是功率接地。底层的铜浇铸区域用于将开关节点（SW）连接到输出电感器和升压电容器，走线还连接启用控制跳线、EN、VREG5、LOOP 测试点以及从 (V_{OUT}) 到电压设定点分压器网络的反馈走线。合理的电路板布局对于减少干扰、提高电路性能至关重要，大家在设计自己的电路板时可以参考这种布局方式。

七、原理图、物料清单和参考资料

7.1 原理图

图 6 - 1 是 TPS54329EVM - 056 的原理图，通过原理图我们可以清晰地看到各个元件之间的连接关系，这对于理解电路的工作原理和进行故障排查非常有帮助。

7.2 物料清单

详细的物料清单见表 6 - 1，包含了各个元件的型号、数量、规格等信息，方便我们进行元件采购和电路组装。

7.3 参考资料

参考资料为 TPS54329 单同步转换器（集成高侧和低侧 MOSFET）数据手册，大家可以进一步查阅该手册获取更详细的技术信息。

八、修订历史

文档从 2011 年 10 月的版本到 2021 年 10 月的版本进行了更新，包括表格、图形和交叉引用的编号格式更新以及用户指南标题的更新。

总之，TPS54329EVM - 056 评估模块为我们提供了一个很好的平台来测试和评估 TPS54329 降压转换器的性能。通过对其性能规格、修改方法、测试结果和电路板布局等方面的了解，我们可以更好地将其应用到实际的电子设计中。大家在使用过程中遇到任何问题，欢迎一起交流探讨。