TPS54334降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，电源模块的性能和稳定性至关重要。TPS54334降压转换器评估模块（TPS54334EVM - 722）为工程师们提供了一个便捷的测试和验证平台。本文将详细介绍该评估模块的相关信息，帮助工程师更好地了解和使用它。

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一、引言

1.1 背景

TPS54334是一款直流 - 直流转换器，能够在4.2V至28V的输入电压源下提供高达3A的输出电流。评估模块的额定输入电压范围为4.2V至28V，输出电流范围为0A至3A。该模块的开关频率外部设定为标称570kHz，内部集成了高端和低端MOSFET以及栅极驱动电路。MOSFET的低漏源导通电阻使得TPS54334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外部，通过外部分压器可实现输出电压的可调。此外，TPS54334还提供了可调的欠压锁定输入，TPS54334EVM - 722的绝对最大输入电压为30V。

1.2 性能规格总结

规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VIN工作电压范围	-	4.2	24	28	V
VIN启动电压	-	4.1	-	-	V
VIN停止电压	-	3.9	-	-	V
输出电压设定点	-	-	-	3.3	V
输出电流范围	VIN = 4.2V至28V	0	-	3	A
线性调整率	IO = 1.5A，VIN = 4.2V至28V	-	-	±0.05%	-
负载调整率	VIN = 12V，IO = 0A至3A	-	-	±0.2%	-
负载瞬态响应（IO = 0.75A至2.25A）	-	-	-	电压变化 -190mV，恢复时间150μs	-
负载瞬态响应（IO = 2.25A至0.75A）	-	-	-	电压变化190mV，恢复时间150μs	-
环路带宽	VIN = 24V，IO = 1.5A	-	54.26	-	kHz
相位裕度	VIN = 24V，IO = 1.5A	-	82	-	-
输入纹波电压	IO = 3A	-	-	400	mVPP
输出纹波电压	IO = 3A	-	-	<30	mVPP
输出上升时间	-	-	-	2	ms
工作频率	-	-	570	-	kHz
最大效率	TPS54334EVM - 722，VIN = 12V，IO = 1A	-	91.38%	-	-

1.3 修改

1.3.1 输出电压设定点

通过改变电阻R6的值可以调整评估模块的输出电压。计算公式为： [R 6=frac{R 5 × 0.8 V}{V_{OUT }-0.8 V}] 其中R5取值31.6kΩ。表1 - 3列出了一些常见输出电压对应的R5和R6值。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145ns，最大占空比小于100%。

输出电压 (V)	R5值 (kΩ)	R6值 (kΩ)
1.8	31.6	25.5
2.5	31.6	15
3.3	31.6	10

1.3.2 可调欠压锁定（UVLO）

可通过R1和R2外部调整欠压锁定（UVLO）。评估模块默认启动电压为4.1V，停止电压为3.23V，使用 (R 1 = 220 k Omega) 和 (R 2 = 84.5 k Omega) 。可使用以下公式计算不同启动和停止电压所需的电阻值： [R 1=frac{V{START }left(frac{V{ENFALLESING }}{V{ENRISING }}right)-V{STOP }}{I{p}left(1-frac{V{ENFALINFALING }}{V{ENRISING }}right)+I{h}}] [R 2=frac{R 1 × V{ENFALLING }}{V{STOP }-V{ENFALLING }+R 1left(f{p}+h{h}right)}] 其中 (I{p}=1.15 mu A)，(I{h}=3.3 mu A)，(V{ENFALLING }=1.17 V) ，(V_{ENRISING }=1.21 V) 。

二、测试设置与结果

2.1 输入/输出连接

TPS54334EVM - 722配备了输入/输出连接器和测试点。需要使用能够提供2A电流的电源通过一对20 - AWG电线连接到J1，负载通过一对20 - AWG电线连接到J4。为了充分发挥该评估模块的性能，负载的最大电流能力至少应为4A。同时，应尽量缩短电线长度以减少电线中的损耗。测试点TP1用于监测VIN输入电压，TP2作为接地参考；TP6用于监测输出电压，TP7作为接地参考。

参考设计号	功能
J1	VIN（VIN范围见表1 - 1）
J2	VOUT，最大3A时为3.3V
JP1	2针接头用于使能。将EN连接到地以禁用，断开以启用
JP2	2针接头用于VDD。将VOUT连接到VDD作为电源
TP1	VIN连接器处的VIN测试点
TP2	VIN处的GND测试点
TP3	PGOOD测试点
TP4	PH测试点
TP5	电压分压器网络与输出之间的测试点。用于环路响应测量
TP6	OUT连接器处的输出电压测试点
TP7	VOUT连接器处的GND测试点
TP8	VDD连接器处的VDD测试点
TP9	VDD连接器处的GND测试点
TP10	EN测试点

2.2 效率

该评估模块的效率在负载电流约为0.5A - 1A时达到峰值，随后随着负载电流接近满载而降低。在环境温度为25°C时，其效率曲线如图2 - 1和图2 - 2所示。由于内部MOSFET的漏源电阻随温度变化，在较高环境温度下效率可能会降低。

2.3 输出电压负载调整率

图2 - 3展示了TPS54334EVM - 722的负载调整率，测量是在环境温度为25°C的条件下进行的。

2.4 输出电压线性调整率

图2 - 4展示了该评估模块的线性调整率。

2.5 负载瞬态响应

图2 - 5显示了TPS54334EVM - 722对负载瞬态的响应，在12V输入下，电流阶跃从最大额定负载的25%到75%。

2.6 环路特性

图2 - 6展示了在VIN电压为24V、负载电流为1.5A时的环路响应特性。

2.7 输出电压纹波

图2 - 7、图2 - 8和图2 - 9分别展示了满载、轻载和跳周期模式下的输出电压纹波，测量是在 (V_{IN } = 12 V) 的条件下进行的。

2.8 输入电压纹波

图2 - 10展示了输出电流为额定满载3A、(V_{IN } = 12 V) 时的输入电压纹波。

2.9 上电

图2 - 11和图2 - 12展示了TPS54334EVM - 722的启动波形。在图2 - 11中，当输入电压达到由R1和R2电阻分压器网络设置的UVLO阈值时，输出电压开始上升；在图2 - 12中，初始施加输入电压，通过跳线将EN连接到GND来抑制输出，移除跳线释放EN，当EN电压达到使能阈值电压时，启动序列开始，输出电压上升到外部设定的3.3V。

2.10 下电

图2 - 13和图2 - 14展示了TPS54334EVM - 722的下电波形。在图2 - 13中，当输入电压低于由R1和R2电阻分压器网络设置的UVLO停止阈值时，输出电压开始下降；在图2 - 14中，通过跳线将EN连接到GND来抑制输出。

三、电路板布局

3.1 布局

图3 - 1至图3 - 3展示了TPS54334EVM - 722的电路板布局。评估模块的顶层布局采用了典型的用户应用方式，顶层和底层均为2 - oz铜层。顶层包含了VIN、Vout和VPHASE的主要电源走线，以及TPS54334其余引脚的连接和大面积的接地区域。为了将主输入旁路电容尽可能靠近VIN和GND引脚放置，VPHASE的走线在引脚3连接处立即路由到底层，并在L1电感和C3自举电容处路由回顶层。底层包含一个接地平面和一个用于VPHASE的铜填充区域，以及连接电压设定点分压器上电阻到J2输出连接器调节点的蚀刻走线，和连接UVLO设定点分压器网络上电阻到VIN的走线。顶层接地区域通过多个过孔与底层和内部接地平面相连，包括位于TPS54334器件正下方的四个过孔，以提供从顶层接地区域到底层和内部接地平面的热路径。输入去耦电容（C2和C1）和自举电容（C3）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保持靠近集成电路。根据评估模块与输入电源的连接情况，可能需要额外的输入大容量电容。

四、原理图和物料清单

4.1 原理图

图4 - 1展示了TPS54334EVM - 722的原理图。

4.2 物料清单

设计号	数量	值	描述	封装	参考零件号	制造商
C1	1	10 μF	陶瓷电容，10 μF，35 V，±10%，X7R，1210	1210	GRM32ER7YA106KA12L	Murata
C2, C3	2	0.1 μF	陶瓷电容，0.1 μF，50 V，±10%，X7R，0603	0603	GRM188R71H104KA93D	Murata
C4	1	0.015 μF	陶瓷电容，0.015 µF，50 V，±10%，X7R，0603	0603	GRM188R71H153KA01D	Murata
C5	1	150 pF	陶瓷电容，150 pF，50 V，±5%，C0G/NP0，0603	0603	GRM1885C1H151JA01D	Murata
C6, C7	2	22 μF	陶瓷电容，22 µF，25 V，±10%，X7R，1210	1210	GRM32ER71E226KE15L	Murata
C8	1	200pF	陶瓷电容，200 pF，50 V，±5%，C0G/NP0，0603	0603	GRM1885C1H201JA01D	Murata
J1, J2	2	-	2针端子块，3.81 mm，通孔	-	1727010	Phoenix Contact
JP1, JP2	2	-	2针跳线头，通孔，100mil，镀金，绝缘层上方230mil	-	TSW - 102 - 07 - G - S	Samtec, Inc.
L1	1	6.8 μH	屏蔽式粉末铁电感，6.8 µH，8 A，0.0233 Ω，贴片	-	IHLP - 4040DZ	Vishay - Dale
R1	1	221 k	电阻，221 k，1%，0.1 W，0603	0603	RC0603FR - 07221KL	Yageo America
R2	1	84.5 k	电阻，84.5 k，1%，0.1 W，0603	0603	CRCW060384K5FKEA	Vishay - Dale
R3	1	2.05 k	电阻，2.05 k，1%，0.1 W，0603	0603	CRCW06032K05FKEA	Vishay - Dale
R4	1	51.1	电阻，51.1 Ω，1%，0.1W，0603	0603	CRCW060351R1FKEA	Vishay - Dale
R5	1	31.6 k	电阻，31.6 k，1%，0.1 W，0603	0603	CRCW060331K6FKEA	Vishay - Dale
R6	1	10 k	电阻，10 k，5%，0.1 W，0603	0603	CRCW060310K0JNEA	Vishay - Dale
R7	1	100 k	电阻，100 k，0.1%，0.063 W，0603	0603	CPF0603B100KE	TE Connectivity
R8	1	0	电阻，0 Ω，5%，0.1W，0603	0603	CRCW06030000Z0EA	Vishay - Dale
SH - JP1	1	-	100mil镀金黑色分流器	-	382811 - 6	AMP
TP1, TP6, TP8	3	-	红色测试点，通孔，微型	-	5000	Keystone
TP2, TP7, TP9	3	-	黑色测试点，通孔，微型	-	5001	Keystone
TP3, TP5, TP10	3	-	白色测试点，通孔，微型	-	5002	Keystone
TP4	1	-	黄色测试点，通孔，微型	-	5004	Keystone
U1	1	-	4.2 - V至28 - V输入，3A输出，同步SWIFT™降压电压转换器	-	TPS54334DRCR	Texas Instruments
C9	0	22 μF	陶瓷电容，22 µF，25 V，± 10%，X7R，1210	1210	GRM32ER71E226KE15L	Murata
C10