德州仪器TPS54110EVM - 044评估模块深度解析

在电子设计领域，电源管理模块的性能与设计合理性直接影响着整个系统的稳定性和效率。今天我们就来深入探讨德州仪器（TI）的TPS54110EVM - 044评估模块，看看它在电源转换方面的表现。

文件下载：TPS54110EVM-044.pdf

模块概述

TPS54110EVM - 044评估模块主要用于展示TPS54110这款DC/DC转换器的性能。TPS54110能够在3V至6V的输入电压下提供最高1.5A的输出电流，其开关频率标称值为700kHz，可使用较小尺寸的1µH输出电感，适合对空间要求较高的设计。

重要特性

• 集成MOSFET：内部集成了高端和低端MOSFET，减少了外部电路的使用，使设计更加紧凑。
• 低导通电阻：内部MOSFET的低漏源导通电阻有助于实现高效率，并在高输出电流时保持较低的温度。
• 可调节参数：补偿组件位于IC外部，可实现输出电压的调节和定制化的环路响应。
• 丰富功能：具备欠压锁定、可调节的软启动时间、可调节的开关频率、使能和电源良好指示等功能。

性能规格

输入输出范围

输入电压范围为3V至6V，输出电流范围为0至1.5A。具体的输入电压和输出电流范围总结如下表：	EVM	输入电压范围	输出电流范围
TPS54110EVM - 044	3V to 6V	0 to 1.5A

详细性能参数

在输入电压为3.3V、输出电压为1.5V、环境温度为25°C的条件下，该模块的性能参数如下：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围	-	3.0	-	6.0	V
输出电压设定点	-	-	1.5	-	V
输出电流范围	VI = 3V to 5.5V	-1.5	-	1.5	A
线性调整率	IO = 0 - 1.5A, VI = 3V to 6V	-	-	±0.02%	-
负载调整率	VI = 3.3V, IO = 0A to 1.5A	-	-	±0.08%	-
负载瞬态响应（电压变化）	IO = 0.37A to 1.12A	-35mVPK	-	-	-
负载瞬态响应（恢复时间）	IO = 0.37A to 1.12A	-	-	120µs	-
负载瞬态响应（电压变化）	IO = 1.12A to 0.37A	25mVPK	-	-	-
负载瞬态响应（恢复时间）	IO = 1.12A to 0.37A	-	-	120µs	-
环路带宽（VI = 3V）	-	-	89	-	kHz
相位裕度（VI = 3V）	-	-	66	-	-
环路带宽（VI = 6V）	-	-	152	-	kHz
相位裕度（VI = 6V）	-	-	58	-	-
输入纹波电压	-	90	-	200	mVPP
输出纹波电压	-	25	-	35	mVPP
输出上升时间	-	-	3.5	-	ms
工作频率	-	680	700	720	kHz
最大效率	VI = 3.3V, VO = 1.5V, IO = 0.6A	-	78%	-	-

模块修改

输出电压设定点

通过改变R2的值，可以将输出电压在0.9V至3.3V的范围内进行调整。具体计算公式为： [R 2=10 k Omega × frac{0.891 V}{V_{O}-0.891 V}] 常见输出电压对应的R2值如下表：	输出电压（V）	R2值（Ω）
1.2	28.7k
1.5	14.7k
1.8	9.76k
2.5	5.49k
3.3	3.74k

需要注意的是，当输入电压小于4V时，无法实现3.3V的输出。此外，输出电压的最小值受设备最小可控导通时间（200ns）的限制，可通过以下公式近似计算： [V{O(min )}=200 nsec × f{S} × V_{I(max )}]

开关频率

该评估模块的开关频率通过R4设定为700kHz，不建议对其进行调整。因为降低开关频率会增加电感L1的输出纹波电流，除非同时增大L1的值。

输入滤波器

可以在C1处添加一个板载电解输入电容。

测试设置与结果

输入输出连接

TPS54110EVM - 44有两个输入输出连接器：(V{1})（J1）和(V{O})（J2）。应使用一对20awg的电线将能够提供3A电流的电源连接到J1，将负载通过同样规格的电线连接到J2，负载最大电流能力应为1.5A。同时，应尽量缩短电线长度以减少线路损耗。测试点TP5可方便连接示波器电压探头来监测输出电压。

效率

模块的效率在负载电流约为0.5A至0.75A时达到峰值，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MOSFET漏源电阻的温度变化，效率会降低。此外，700kHz的开关频率下效率略低于较低开关频率，这是由于MOSFET的栅极和开关损耗造成的。

功率耗散

PWP封装的低结壳热阻以及良好的电路板布局，使得该评估模块在输出额定满载电流时能够保持安全的结温。在3.3V输入源和1.5A负载的情况下，结温约为60°C，壳温约为55°C。

输出电压调节

模块的输出电压负载调整率和线性调整率表现良好，具体数据可参考相应的测试图表。

负载瞬态响应

模块对负载瞬态的响应表现稳定，能够在负载变化时快速恢复稳定的输出电压。

环路特性

通过测试不同输入电压下的环路响应特性，可以了解模块在不同工作条件下的稳定性和动态性能。

输出电压纹波和输入电压纹波

输出电压纹波和输入电压纹波在规定范围内，具体数值可参考测试图表。

上电和下电

TPS54110调节器提供内部软启动电路，可使输出电压以稳定的速率上升。也可以通过在C5位置使用外部软启动电容来编程更长的延迟和上升时间，或者将SS/ENA引脚用作使能引脚。

电路板布局

TPS54110EVM - 044的电路板布局经过优化，适合小尺寸应用。顶层包含(V{1})、(V{O})和(V{(phase)})的主要电源走线，以及TPS54110其余引脚的连接和大面积的接地区域。底层包含接地和(V{O})铜区以及一些信号布线。顶层和底层的接地走线通过多个过孔连接，特别是在TPS54110器件下方有10个过孔，为PowerPAD焊盘提供了到地的热路径。

原理图和物料清单

文档中提供了TPS54110EVM - 044的详细原理图和物料清单，为工程师进行设计和调试提供了重要参考。

总的来说，TPS54110EVM - 044评估模块在电源转换方面表现出色，具有较高的效率和良好的稳定性。对于需要进行DC/DC转换设计的工程师来说，它是一个值得考虑的选择。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。