TPS54494降压转换器评估模块使用指南

一、引言

在电子设计领域，电源管理模块的性能至关重要。TPS54494作为一款双路、自适应导通时间、D - CAP2™模式的同步降压转换器，以其低外部元件数量的特点备受关注。它的D - CAP2控制电路针对低ESR输出电容（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷类型）进行了优化，具备快速瞬态响应且无需外部补偿的优势。其内部设定的开关频率标称值为700 kHz，并且在TPS54494封装内集成了高端和低端开关MOSFET以及栅极驱动电路，低的MOSFET漏源导通电阻使得该转换器能够实现高效率，并在高输出电流时保持较低的结温。此外，它还具有自动跳过Eco - mode操作，可提高轻载效率。

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TPS54494双路DC/DC同步转换器能够在4.5 V至18 V的输入电压源下，在CH1提供高达4 A的输出，在CH2提供2 A的输出，输出电压范围为0.76 V至7 V。TPS54494EVM评估模块则是一款双路同步降压转换器，在CH1提供3.3 V/4 A的输出，在CH2提供1.5 V/2 A的输出。下面我们将详细介绍该评估模块的各项性能及使用方法。

二、性能规格总结

2.1 输入输出参数

通道	输入电压范围	输出电压	输出电流范围
CH1	6 V - 18 V	3.3 V	0 A - 4 A
CH2	5 V - 18 V	1.5 V	0 A - 2 A

2.2 其他性能参数

在输入电压(V_{INx}=12V)，输出电压为3.3 V和1.5 V，环境温度25°C的条件下，各项性能参数如下：

• 工作频率：当(V{IN1}=V{IN2}=12V)，(I{OUT1}=2A)，(I{OUT2}=1A)时，工作频率为700 kHz。
• 线路调节率：
  • CH1：(I{OUT1}=2A)，(I{OUT2}=0A)，(V{IN1}=V{IN2}=6V - 18V)时，调节率为 + 0.25%至 - 0.52%。
  • CH2：(I{OUT2}=1A)，(I{OUT1}=0A)，(V{IN1}=V{IN2}=5V - 18V)时，调节率为 + 0.2%至 - 0.4%。
• 负载调节率：
  • CH1：(V{IN1}=V{IN2}=12V)，(I_{OUT1}=0A - 4A)时，调节率为 + 0.65%至 - 0.1%。
  • CH2：(V{IN1}=V{IN2}=12V)，(I_{OUT2}=0A - 2A)时，调节率为 + 0.6%至 - 0.05%。
• 过流限制：
  • CH1：(V_{IN1}=12V)，(L1 = 2.2µH)时，过流限制为4.5 A - 7.0 A。
  • CH2：(V_{IN2}=12V)，(L1 = 1.5µH)时，过流限制为2.8 A - 5.0 A。
• 输出纹波电压：
  • CH1：(V{IN1}=12V)，(I{OUTx}=4A)时，纹波电压为15 mVPP。
  • CH2：(V{IN2}=12V)，(I{OUTx}=2A)时，纹波电压为25 mVPP。
• 最大效率：
  • CH1：(V{IN1}=5V)，(I{OUTx}=0.7A)时，最大效率为94.9%。
  • CH2：(V{IN2}=5V)，(I{OUTx}=0.7A)时，最大效率为90.1%。

三、模块修改

3.1 输出电压设定点

若要改变评估模块的输出电压，需要改变反馈分压器的上拉电阻R1或R3的值。可以参考图5 - 1中的顶层组件来定位靠近输出连接器的电阻。通过改变R1或R3的值，可以将输出电压调整到0.765 V以上。对于特定输出电压，R1或R3的值可通过公式(V{OUT 1}=0.765 V times(1+frac{R 1}{R 2}))；(V{OUT 2}=0.765 V times(1+frac{R 3}{R 4}))计算得出。表3 - 1列出了一些常见输出电压对应的R1或R3值。当输出电压为1.8 V及以上时，可能需要一个前馈电容（C21或C20）来改善相位裕度，印刷电路板上提供了该组件的焊盘。

3.2 输出滤波器和闭环响应

TPS54494依赖输出滤波器特性来确保控制环路的稳定性。表3 - 1给出了常见输出电压推荐的输出滤波器组件。其他输出滤波器组件值也可能提供可接受的闭环特性。R11和R12方便用于断开控制环路并测量闭环响应。

四、测试设置与结果

4.1 输入/输出连接

TPS54494EVM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4 A的电源连接到J1。负载必须通过一对20 AWG电线连接到J3和/或J2，最大负载电流能力为2×2 A。应尽量减小电线长度以减少电线中的损耗。测试点TP1用于监测输入电压(V_{IN})，TP7提供方便的接地参考。TP4和TP3用于监测输出电压，TP5和TP6作为接地参考。

4.2 启动程序

1. 确保J4和/或J5（启用控制）的跳线从ENx设置为off。
2. 将适当的(V_{IN})电压施加到J1的VIN和PGND端子。
3. 将J4和/或J5（启用控制）的跳线移动到覆盖ENx和on，评估模块将启用相应的输出电压。

4.3 效率

• 转换器1效率：在环境温度25°C下，图4 - 1展示了TPS54494EVM上转换器1的效率曲线，图4 - 2展示了其轻载效率曲线。
• 转换器2效率：同样在25°C环境温度下，图4 - 3展示了转换器2的效率曲线，图4 - 4展示了其轻载效率曲线。

4.4 负载调节

• 转换器1负载调节：图4 - 5显示了TPS54494EVM上转换器1的负载调节情况，其负载调节与转换器2的负载无关。
• 转换器2负载调节：图4 - 6显示了转换器2的负载调节情况，对于5 V输入电压，转换器2在评估模块上显示出对转换器1负载的一定依赖性。

4.5 线路调节

• 转换器1线路调节：图4 - 7展示了转换器1的线路调节情况。
• 转换器2线路调节：图4 - 8展示了转换器2的线路调节情况。

4.6 负载瞬态响应

• 转换器1负载瞬态响应：图4 - 9显示了转换器1对负载瞬态的响应。
• 转换器2负载瞬态响应：图4 - 10显示了转换器2对负载瞬态的响应。

4.7 输出电压纹波

• 转换器1输出电压纹波：图4 - 11展示了转换器1在额定满载4 A时的输出电压纹波，图4 - 12展示了其在Eco - mode™无负载运行时的输出电压纹波。
• 转换器2输出电压纹波：图4 - 13展示了转换器2在额定满载2 A时的输出电压纹波，图4 - 14展示了其在Eco - mode™无负载运行时的输出电压纹波。

4.8 输入电压纹波

图4 - 15展示了TPS54494EVM在CH1输出4 A、CH2输出2 A额定满载电流时的输入电压纹波。

4.9 启动

• 转换器1启动：图4 - 16展示了转换器1相对于(V_{IN})的启动波形，图4 - 17展示了其相对于EN1的启动波形。
• 转换器2启动：图4 - 18展示了转换器2相对于(V_{IN})的启动波形，图4 - 19展示了其相对于EN2的启动波形。

五、电路板布局

TPS54494EVM的电路板布局如图5 - 1至图5 - 6所示。顶层包含VIN和VOUTx的主电源走线，还有TPS54494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、测试点以及所有组装组件都位于顶层。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）在靠近IC的顶层单点连接。其他层主要是电源接地，但底层有一些走线用于连接SSx和ENx的测试点。

六、原理图、物料清单和参考资料

6.1 原理图

图6 - 1为TPS54494EVM的原理图，它清晰地展示了各个组件之间的连接关系，对于理解电路的工作原理至关重要。

6.2 物料清单

表6 - 1列出了评估模块的物料清单，包括各个组件的数量、参考编号、值、描述、尺寸、零件编号和制造商等信息。当输出电压设置高于4 V时，C14 - C19必须更换为具有更高电压额定值的电容器。

6.3 参考资料

可参考德州仪器的TPS54494，3 - A双通道同步降压开关器带集成FET的数据手册。

七、修订历史

从2012年8月的版本到2021年8月的版本，文档更新了表格、图形和交叉引用的编号格式，并更新了用户指南标题。

通过以上对TPS54494降压转换器评估模块的详细介绍，相信电子工程师们对该模块有了更深入的了解。在实际设计中，大家可以根据这些性能参数和测试结果，合理选择和使用该模块，以满足不同的应用需求。你在使用这类模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。