TPS54426降压转换器评估模块用户指南解读

在电子设计领域，电源管理模块的性能和使用方法至关重要。今天我们来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS54426降压转换器评估模块（TPS54426EVM - 608）。

文件下载：TPS54426EVM-608.pdf

一、引言

1.1 背景

TPS54426是一款单路、自适应导通时间D - CAP2™模式同步降压转换器，它最大的优势在于所需的外部元件数量极少。D - CAP2™控制电路针对低等效串联电阻（ESR）输出电容（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷电容）进行了优化，具备快速瞬态响应能力，而且无需外部补偿。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TPS54426封装内。MOSFET的低漏源导通电阻使得TPS54426能够实现高效率，并且在高输出电流时有助于降低结温。此外，它还具备自动跳过Eco模式，可在轻载时实现更高的效率。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4 A的输出，输出电压范围为0.76 V至5.5 V。

1.2 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，TPS54426EVM - 608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)		675		kHz
输出电流范围		0		4	A
过流限制	(V{IN}=12V)，(L{O}=1.5µH)			5.4	A
输出纹波电压	(V{IN}=12V)，(I{O}=4A)			7	(mV_{PP})

1.3 修改

该评估模块可进行一些修改以满足不同需求。

1.3.1 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2.5 V的输出电压，可使用公式(V{O}=0.765 timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))计算；对于超过2.5 V的输出电压，则使用公式(V{O}=left(0.763+0.0017 × V_{O}right) timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))。表1 - 3列出了一些常见输出电压对应的R1值。对于1.8 V及以上的较高输出电压，可能需要一个前馈电容（C2）来改善相位裕度，并且建议用于自动跳过Eco模式的稳定性。

二、测试设置与结果

2.1 输入/输出连接

TPS54426EVM - 608配备了输入/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，负载则通过一对20 AWG电线连接到J2，最大负载电流能力为4 A。为减少电线损耗，应尽量缩短电线长度。测试点TP1用于监测(V_{IN})输入电压，TP2作为接地参考；TP8用于监测输出电压，TP9作为接地参考。

2.2 启动程序

启动评估模块的步骤如下：

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

2.3 效率

在环境温度为25°C时，TPS54426EVM - 608的效率曲线如图2 - 1所示。从曲线中可以直观地看到不同输入电压和输出电流下的效率情况，这对于评估电源模块在不同工况下的性能非常有帮助。

2.4 轻载效率

同样在25°C环境温度下，图2 - 2展示了TPS54426EVM - 608在轻载时的效率。轻载效率对于一些需要长时间处于低负载状态的应用场景非常重要，通过观察该曲线，我们可以评估模块在轻载情况下的节能效果。

2.5 负载调节

图2 - 3显示了TPS54426EVM - 608的负载调节情况。负载调节反映了输出电压随负载电流变化的稳定性，从曲线中可以看出在不同输出电流下输出电压的偏差情况。

2.6 线路调节

图2 - 4展示了TPS54426EVM - 608的线路调节情况。线路调节体现了输出电压随输入电压变化的稳定性，有助于我们了解模块在输入电压波动时的性能表现。

2.7 负载瞬态响应

图2 - 5展示了TPS54426EVM - 608对负载瞬态的响应。当负载电流从500 mA阶跃到1.5 A（额定负载的25%至75%）时，我们可以看到输出电压的总峰 - 峰变化情况，这对于评估模块在负载突变时的动态性能至关重要。

2.8 输出电压纹波

图2 - 6显示了TPS54426EVM - 608在额定满载2 A输出电流时的输出电压纹波情况。输出电压纹波是衡量电源模块输出稳定性的重要指标，较小的纹波意味着更稳定的输出电压。

2.9 输入电压纹波

图2 - 7展示了TPS54426EVM - 608在额定满载2 A输出电流时的输入电压纹波情况。输入电压纹波反映了电源模块对输入电源的影响，较低的输入电压纹波有助于提高整个系统的稳定性。

2.10 启动

图2 - 8展示了TPS54426EVM - 608相对于(V_{IN})的启动波形，图2 - 9展示了相对于使能（EN）的启动波形。通过观察启动波形，我们可以了解模块在启动过程中的电压变化情况，确保启动过程的平稳性。

三、电路板布局

3.1 布局

TPS54426EVM - 608的电路板布局如图3 - 1至图3 - 6所示。顶层包含(V{IN})、(V{O})和接地的主要电源走线，同时还有TPS54426引脚的连接以及大面积的接地填充。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、测试点以及大多数组件都位于顶层。R3（连接(V{IN})到VCC的0Ω电阻）和R4（电源良好上拉电阻）位于背面。模拟地和电源地在顶层靠近TPS54426引脚5的单点连接。内部层1是包含模拟和电源地的分割平面，内部层2主要是电源地，还有(V{IN})的填充区域以及将VCC路由到使能控制跳线JP1的走线。底层主要是模拟地，还有通过R3连接(V{IN})到VCC的走线、电源良好信号的走线以及从(V{OUT})到电压设定点分压网络的反馈走线。合理的电路板布局对于减少电磁干扰、提高电源模块的性能至关重要，大家在设计类似电路时可以参考这种布局方式。

四、原理图、物料清单和参考

4.1 原理图

图4 - 1是TPS54426EVM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。

4.2 物料清单

表4 - 1列出了TPS54426EVM - 608的物料清单，包括每个元件的参考编号、数量、值、描述、尺寸、部件编号和制造商等信息。这对于采购元件和进行电路组装非常重要。

4.3 参考

参考资料为德州仪器的TPS54426单同步转换器（集成高侧和低侧MOS FET）数据手册，大家可以进一步查阅该手册以获取更详细的信息。

五、修订历史

从2010年8月的版本到2021年9月的版本，文档更新了表格、图形和交叉引用的编号格式，并更新了用户指南的标题。在使用文档时，我们需要注意版本的差异，以确保获取到最新和准确的信息。

通过对TPS54426降压转换器评估模块的详细了解，我们可以更好地使用该模块进行电源设计。大家在实际应用中遇到问题时，可以结合文档中的信息进行分析和解决。你在使用类似电源模块时有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。