TPS54623 降压转换器评估模块：设计与测试全解析

在电子设计领域，电源管理芯片的性能和应用至关重要。TPS54623 降压转换器评估模块（TPS54623EVM - 012）为工程师们提供了一个便捷的平台，用于评估和开发基于 TPS54623 的电源解决方案。本文将深入探讨该评估模块的各个方面，包括背景信息、性能规格、测试设置与结果、电路板布局以及原理图和物料清单等内容。

文件下载：TPS54623EVM-012.pdf

一、TPS54623 背景信息

1.1 芯片特性

TPS54623 是一款 DC/DC 转换器，能够提供高达 6A 的输出电流。它采用了分离输入电源轨设计，为功率级和控制电路分别提供独立的输入电压。功率级输入（PVIN）的额定电压范围为 1.6V 至 17V，控制输入（VIN）的额定电压范围为 4.5V 至 17V。评估模块 TPS54623EVM - 012 同时提供这两个输入，但在设计和测试时通常将 PVIN 连接到 VIN。

1.2 性能规格

评估模块的额定输入电压范围为 8V 至 17V（VIN 启动电压为 6.521V），输出电流范围为 0A 至 6A。在输入电压 (V{IN}=12V)、输出电压为 3.3V 的条件下，其性能规格表现出色，例如线路调节率在 (I{O}=3A)、(V{IN}=8V) 至 17V 时为 ±0.02%，负载调节率在 (V{IN}=12V)、(I_{O}=0A) 至 6A 时为 ±0.013%。

1.3 可修改特性

• 输出电压设定点：输出电压由 R6 和 R7 组成的电阻分压器网络设定，R6 固定为 10kΩ，通过改变 R7 的值可以调整输出电压。计算公式为 (R7=frac{10kΩ × 0.6V}{V_{OUT}-0.6V})。
• 慢启动时间：慢启动时间可以通过改变 C9 的值进行调整，计算公式为 (C9(nF)=frac{Tss(ms) × Iss(mu A)}{Vref(V)})。评估模块默认使用 (C9 = 0.022mu F)，慢启动时间约为 6ms。
• 跟踪输入：TPS54623 可以在启动期间跟踪外部电压，通过 J6 连接器连接外部电压，并使用电阻分压器 R5 和 R6 实现比例或同步跟踪。
• 可调欠压锁定（UVLO）：UVLO 可以通过 R1 和 R2 进行外部调整。评估模块使用 (R1 = 35.7kΩ) 和 (R2 = 8.06kΩ) 设定启动电压为 6.528V，停止电压为 6.190V。
• 输入电压轨：评估模块设计为适应功率级和控制逻辑的不同输入电压水平。正常运行时，通过 J5 跳线将 PVIN 和 VIN 连接，由 J1 提供单一输入电压。如果需要，可移除 J5 跳线，分别从 J1 和 J4 提供两个输入电压。

二、测试设置与结果

2.1 输入/输出连接

TPS54623EVM - 012 配备了输入/输出连接器和测试点。需要将能够提供 4A 电流的电源通过一对 20AWG 电线连接到 J1，J5 上的跳线必须就位。负载通过一对 20AWG 电线连接到 J2，最大负载电流能力为 6A。测试点 TP1 用于监测 (V_{IN}) 输入电压，TP2 作为接地参考；TP3 用于监测输出电压，TP5 作为接地参考。

2.2 效率测试

评估模块的效率在负载电流约为 2A 时达到峰值，随后随着负载电流接近满载而下降。在较高环境温度下，由于内部 MOSFET 的漏源电阻随温度变化，效率可能会降低。

2.3 输出电压调节

• 负载调节：在环境温度为 25°C 时，负载调节率表现良好，能够在不同负载电流下保持输出电压的稳定。
• 线路调节：线路调节率在 (I{O}=3A)、(V{IN}=8V) 至 17V 的范围内为 ±0.02%，确保了输入电压变化时输出电压的稳定性。

2.4 负载瞬态响应

当负载电流从 25% 到 75% 额定最大负载（输入电压为 12V）进行阶跃变化时，评估模块能够快速响应，总峰 - 峰电压变化包括输出纹波和噪声，恢复时间约为 200µs。

2.5 环路特性

在 (V_{IN}=12V)、负载电流为 1.9A 的条件下，环路带宽为 44.7kHz，相位裕度为 54°，保证了系统的稳定性。

2.6 输出和输入电压纹波

在输出电流为额定满载 6A、(V_{IN}=12V) 的情况下，输出电压纹波为 18mVPP，输入电压纹波为 420mVPP。

2.7 启动特性

• 正常启动：当输入电压达到由 R1 和 R2 电阻分压器网络设定的 UVLO 阈值时，输出电压开始上升。
• 使能启动：通过 J3 跳线将 EN 连接到 GND 可以抑制输出，移除跳线后，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。
• 预偏置启动：TPS54623 能够在输出预偏置的情况下启动，输出电压在慢启动序列开始时不会放电到地。
• 打嗝模式电流限制：当发生过流事件时，TPS54623 会关闭并重新启动，具有打嗝模式电流限制功能。

三、电路板布局

3.1 布局特点

TPS54623EVM - 012 的电路板布局采用了典型的用户应用方式。顶层、底层和内部层均为 2oz 铜。顶层包含 PVIN、VIN、(V_{OUT}) 和 VPHASE 的主要功率走线，以及 TPS54623 其余引脚的连接和大面积的接地区域。底层和内部接地层仅包含接地平面，顶层接地走线通过多个过孔与底层和内部接地平面连接，包括 TPS54623 器件正下方的两个过孔，以提供从顶层接地平面到底层接地平面的热路径。

3.2 元件布局

输入去耦电容（C1 和 C2）和自举电容（C3）尽可能靠近 IC 放置，电压设定点电阻分压器组件也靠近 IC。电压分压器网络在调节点（J2 输出连接器处的铜 (V_{OUT}) 走线）连接到输出电压。对于 TPS54623，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。关键模拟电路，如电压设定点分压器、频率设定电阻、慢启动电容和补偿组件，使用与功率接地灌铜分开的宽接地走线接地。

四、原理图和物料清单

4.1 原理图

TPS54623EVM - 012 的原理图展示了各个元件之间的连接关系，为工程师提供了电路设计的详细信息。

4.2 物料清单

物料清单列出了评估模块所使用的所有元件，包括电容、电阻、电感、连接器、IC 等，为工程师进行元件采购和替换提供了参考。

五、总结

TPS54623 降压转换器评估模块为工程师提供了一个全面的平台，用于评估和开发基于 TPS54623 的电源解决方案。通过了解其背景信息、性能规格、测试设置与结果、电路板布局以及原理图和物料清单等内容，工程师可以更好地利用该评估模块进行电源设计和优化。在实际应用中，工程师还需要根据具体需求对模块进行适当的修改和调整，以满足不同的设计要求。你在使用 TPS54623 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和见解。