TPS54339 降压转换器评估模块用户指南解读

在电子工程师的日常工作中，降压转换器是常见且关键的电子元件。今天我们来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的 TPS54339 降压转换器评估模块（TPS54339EVM - 056），看看它有哪些特性和使用要点。

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一、TPS54339 简介

TPS54339 是一款单路、自适应导通时间、采用 D - CAP2™ 模式的同步降压转换器，其一大优势是所需的外部元件数量较少。D - CAP2 控制电路针对低等效串联电阻（ESR）输出电容器进行了优化，像 POSCAP、SP - CAP 或陶瓷类型的电容都适用，并且具有快速瞬态响应，还无需外部补偿。它的开关频率在内部设定为标称 600 kHz，同时，高端和低端开关 MOSFET 以及栅极驱动电路都集成在 TPS54339 封装内。MOSFET 较低的漏源导通电阻使得 TPS54339 能够实现高效率，在高输出电流时也有助于保持较低的结温。该转换器设计用于从 4.5 V 至 23 V 的输入电压源提供高达 3 A 的输出，输出电压范围为 0.76 V 至 7 V。

TPS54339EVM - 056 评估模块电路是一个单路同步降压转换器，可在 4.5 V 至 23 V 的输入下提供 1.05 V、3 A 的输出。

EVM	输入电压范围	输出电流范围
TPS54339EVM - 056	4.5 V 至 23 V	0 A 至 3 A

二、性能规格总结

下面是 TPS54339EVM - 056 在输入电压 (V_{IN}=12V)、输出电压 1.05 V（除非另有说明），环境温度 25°C（除非另有说明）下的性能规格总结：	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	23	V
输出电压	-	-	1.05	-	V
工作频率	(V{IN}=12V)，(I{O}=1.5A)	-	600	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	3	A
线性调整率	(I_{O}=1A)	-	-	+0.4/–0.3	%
负载调整率	(V_{IN}=12V)	-	±0.05	-	%
过流限制	(V{IN}=12V)，(L{O}=2.2µH)	3.5	4.1	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}=0.7A)	-	87.5	-	%

三、模块修改

3.1 输出电压设定点

若要改变评估模块（EVM）的输出电压，需要改变电阻 R1 的值。改变 R1 的值可以使输出电压高于 0.765 V，特定输出电压下 R1 的值可以使用公式 (V_{O}=0.765times(1+frac{R1}{R2})) 计算。对于常见输出电压，其对应的 R1 值如下表所示：	输出电压 (V)	R1 (kΩ)	R2 (kΩ)	C4 (pF)(1)	L1 (µH)	C8 + C9 + C10 (µF)
1.05	8.25	22.1	5	1.5 - 2.2 - 4.7	22 - 68
1.2	12.7	22.1	5	1.5 - 2.2 - 4.7	22 - 68
1.5	21.5	22.1	5	1.5 - 2.2 - 4.7	22 - 68
1.8	30.1	22.1	5	2.2 - 3.3 - 4.7	22 - 68
2.5	49.9	22.1	5	2.2 - 3.3 - 4.7	22 - 68
3.3	73.2	22.1	5	2.2 - 3.3 - 4.7	22 - 68
5	124	22.1	5	3.3 - 4.7	22 - 68
6.5	165	22.1	5	3.3 - 4.7	22 - 68

注：(1) 可选。对于 1.8 V 或更高的输出电压，可能需要一个前馈电容（C4）来改善相位裕度，印刷电路板（PCB）上提供了该元件（C4）的焊盘。

3.2 输出滤波器和闭环响应

TPS54339 依靠输出滤波器特性来确保控制环路的稳定性。常见输出电压推荐的输出滤波器组件如上表所示，不过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 方便用于断开控制环路并测量闭环响应。

四、测试设置和结果

4.1 输入/输出连接

TPS54339EVM - 056 配备了输入和输出连接器以及测试点，具体如下：	参考编号	功能
J1	(V{IN})（(V{IN}) 范围见表格 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	(V_{OUT}) 连接器处的接地测试点

需要注意的是，必须通过一对 20 AWG 电线将能够提供 2 A 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，同时要尽量减小电线长度以减少电线中的损耗。

4.2 启动程序

启动该评估模块的步骤如下：

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，此时 EVM 启用输出电压。

4.3 效率

在环境温度为 25°C 时，TPS54339EVM - 056 的效率曲线如下：  

4.4 负载调整率

TPS54339EVM - 056 的负载调整率曲线如下： 

4.5 线性调整率

其线性调整率曲线如下： 

4.6 负载瞬态响应

当电流阶跃从 0.75 A 到 2.25 A 时，TPS54339EVM - 056 的负载瞬态响应曲线如下： 

4.7 输出电压纹波

在输出电流为额定满载 3 A 和 0 A（无负载）时，输出电压纹波曲线分别如下：  

4.8 输入电压纹波

在输出电流为额定满载 3 A 时，输入电压纹波曲线如下： 

4.9 启动

TPS54339EVM - 056 相对于 (V{IN}) 和 EN 的启动波形分别如下：  

4.10 关闭

TPS54339EVM - 056 相对于 (V{IN}) 和 EN 的关闭波形分别如下：  

五、电路板布局

5.1 布局

TPS54339EVM - 056 的电路板布局通过图 5 - 1 至图 5 - 5 展示。顶层包含 (V{IN})、(V{O}) 和接地的主要电源走线，还有 TPS54339 引脚的连接以及一大片接地区域，许多信号走线也位于顶层。输入去耦电容尽可能靠近 IC 放置，输入和输出连接器、测试点以及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）和电源接地（PGND）在顶层靠近 C6 的单点连接。两个内层完全用于电源接地平面，底层主要是电源接地，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，走线还连接启用控制跳线、EN、VREG5、LOOP 测试点以及从 (V_{OUT}) 到电压设定点分压网络的反馈走线。

    

六、原理图、物料清单和参考

6.1 原理图

TPS54339EVM - 056 的原理图如下： 

6.2 物料清单

参考编号	数量	值	描述	尺寸	部件编号	制造商
C1, C2	2	10 μF	陶瓷电容，25 V，X5R，20%	1210 Std	Std
C3	1	0.1 μF	陶瓷电容，50 V，X7R，10%	1206 Std	Std
C4, C8	0	开路	陶瓷电容	0603 Std	Std
C5	1	0.47 μF	陶瓷电容，16 V，X7R，10%	0603 Std	Std
C6	1	8200 pF	陶瓷电容，25 V，X7R，10%	0603 Std	Std
C7	1	0.1 μF	陶瓷电容，50 V，X7R，10%	0603 Std	Std
C9, C10	22 μF	陶瓷电容，6.3 V，X5R，20%	1206	C3216X5R0J226M	TDK
C11	1	开路	陶瓷电容	1206 Std	Std
D1	0	开路	二极管，0.5 A，30 V，2 引脚	TUMD2	RSX051VA - 30	Rohm
J1, J2	-	-	2 引脚端子块，6 A，3.5 mm	0.27 × 0.25 inch	ED555/2DS	Sullins
JP1	-	-	3 引脚公头，100 密耳间距	0.100 inch × 3	PEC03SAAN	Sullins
L1	1	2.2 μH	贴片电感器，5.5 A，14.6 mΩ	0.256 × 0.280 inch	CLF7045T - 2R2N	TDK
R1	1	8.25 k	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std
R2	22.1 k	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std
R3, R5	0	-	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std
R4	1	10.0k	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std
R5	0	开路	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std
TP1, TP3, TP4, TP5, TP6, TP8	3	5000	红色通孔测试点，颜色编码	0.100 × 0.100 inch	5000	Keystone
TP2, TP7, TP9	3	5001	黑色通孔测试点，颜色编码	0.100 × 0.100 inch	5001	Keystone
U1	1	TPS54339DDA	IC，4.5 - 23 - V 输入，3 - A 同步降压 SWIFT 转换器	-	-	TI
-	1	-	分流器，100 密耳，黑色	0.100	929950 - 00	3M
-	1	-	PCB	PWR056	Any	-

6.3 参考

参考资料为德州仪器的 TPS54339，4.5 - V 至 23 - V 输入，3 - A 同步降压 SWIFT™ 转换器数据手册。

七、修订历史