TPS54627降压转换器评估模块使用指南

一、引言

在电子设计领域，降压转换器是一种常见且关键的元件。TPS54627作为一款单路、自适应导通时间、D - CAP2™模式的同步降压转换器，因其所需外部元件数量少而备受关注。它的D - CAP2™控制电路针对低等效串联电阻（ESR）输出电容进行了优化，如POSCAP、SP - CAP或陶瓷电容，能够实现快速瞬态响应，且无需外部补偿。其开关频率内部设定为标称650 kHz，高侧和低侧开关MOSFET与栅极驱动电路集成在TPS54627封装内，低的MOSFET漏源导通电阻使该转换器能实现高效率，并在高输出电流时保持较低的结温。

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TPS54627 DC/DC同步转换器设计为可从4.5 V至18 V的输入电压源提供高达6 A的输出，输出电压范围为0.76 V至5.5 V。TPS54627EVM - 052评估模块电路是一个单路同步降压转换器，可在4.5 V至18 V输入下提供1.05 V、6 A的输出。下面将详细介绍该评估模块的相关内容。

二、性能规格总结

关键参数

规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围（VIN）	-	4.5	12	18	V
输出电压	-	-	1.05	-	V
工作频率	VIN = 12 V，IO = 1 A	-	650	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	6	A
线路调整率	IO = 1 A	-	-	±0.3	%
负载调整率	VIN = 12 V	-	-	±0.15	%
过流限制	VIN = 12 V，LO = 1.5 µH	6.7	7.3	8.9	A
输出纹波电压	VIN = 12 V，IO = 2 A	-	-	20	mVPP
最大效率	VIN = 5 V，IO = 1.0 A	-	91.3	-	%

这些参数为工程师在实际应用中选择和使用该评估模块提供了重要依据。例如，在设计电源系统时，需要根据输入电压范围和输出电流范围来确定是否满足系统的功率需求；线路调整率和负载调整率则影响着输出电压的稳定性。

三、模块修改

输出电压设定点

如果需要改变评估模块的输出电压，可通过改变电阻R1的值来实现。对于0.76 V至5.5 V的输出电压，可使用公式(V_O = 0.765 times (1 + frac{R1}{R2}))计算R1的值。表3 - 1列出了一些常见输出电压对应的R1值。此外，对于较高输出电压（1.8 V及以上），可使用前馈电容（C4）来改善相位裕度，PCB上也预留了该元件的焊盘。

输出滤波器和闭环响应

TPS54627依靠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。同时，为方便断开控制环路并测量闭环响应，电路板上提供了R3和TP4。在实际设计中，我们可以根据具体需求和实验结果，调整输出滤波器组件的值，以获得更好的闭环特性。

四、测试设置与结果

输入/输出连接

TPS54627EVM - 052配备了输入和输出连接器以及测试点。必须使用一对20 - AWG电线将能够提供3 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6 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VIN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。

启动程序

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

各项测试结果

• 效率：图4 - 1和图4 - 2分别展示了TPS54627EVM - 052在环境温度为25°C时的效率和轻载效率。通过观察效率曲线，我们可以了解不同输入电压和输出电流下的效率情况，从而在实际应用中选择合适的工作点以提高能源利用效率。
• 负载调整率：图4 - 3显示了TPS54627EVM - 052在不同输入电压下的负载调整率。这有助于我们评估在负载变化时输出电压的稳定性。
• 线路调整率：图4 - 4展示了TPS54627EVM - 052的线路调整率。线路调整率反映了输入电压变化时输出电压的稳定性。
• 负载瞬态响应：图4 - 5显示了TPS54627EVM - 052对负载瞬态的响应，电流阶跃从1.5 A到4.5 A。了解负载瞬态响应可以帮助我们设计能够快速响应负载变化的电源系统。
• 输出电压纹波：图4 - 6和图4 - 7分别展示了输出电流为2 A和100 mA时的输出电压纹波。输出电压纹波是衡量电源输出质量的重要指标，纹波越小，电源输出越稳定。
• 输入电压纹波：图4 - 8展示了输出电流为额定满载6 A时的输入电压纹波。输入电压纹波可能会影响整个系统的稳定性，需要进行合理的滤波处理。
• 启动和关闭：图4 - 9至图4 - 12分别展示了TPS54627EVM - 052相对于VIN和EN的启动和关闭波形。了解启动和关闭过程有助于我们设计合理的电源管理策略。

五、电路板布局

布局特点

TPS54627EVM - 052的电路板布局包括顶层、两个内层和底层。顶层包含VIN、VOUT和地的主要电源走线，还有TPS54628引脚的连接以及大面积的接地区域，大部分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。顶层还设有模拟接地（GND）区域，模拟接地（GND）和电源接地（PGND）在顶层靠近C6处单点连接。两个内层完全用于电源接地平面，底层主要是电源接地，同时有走线将VIN连接到使能控制跳线、VREG5测试点以及从VOUT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、提高电源稳定性至关重要。

六、原理图、物料清单和参考

原理图

图6 - 1为TPS54627EVM - 052的原理图，清晰展示了各个元件之间的连接关系，为电路分析和设计提供了基础。

物料清单

表6 - 1列出了评估模块的物料清单，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。这有助于工程师进行元件采购和替换。

参考

参考资料为Texas Instruments的TPS54627数据手册，该手册包含了更多关于TPS54627的详细信息，可作为进一步研究和设计的重要参考。

七、修订历史

从2013年4月的版本到2021年8月的版本，主要更新了用户指南标题、表格和图形的编号格式以及对用户指南进行了编辑以提高清晰度。了解修订历史可以帮助我们了解该评估模块的发展和改进过程。

在实际的电子设计中，我们需要综合考虑以上各个方面的因素，根据具体的应用需求来选择合适的参数和设置，以确保TPS54627EVM - 052评估模块能够稳定、高效地工作。大家在使用过程中有没有遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。