深入解析TPS54672/872/972评估模块

在电子设计领域，电源管理模块的性能和可靠性至关重要。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的TPS54672/872/972评估模块（EVM），了解其特点、性能和使用方法。

文件下载：TPS54672EVM-222.pdf

模块概述

TPS54672/872/972评估模块使用同步降压跟踪/终端调节器，能够在不同输入电压下提供稳定的输出电压。该模块旨在展示使用TPS54x72系列调节器设计时可实现的小PCB面积。其开关频率标称设置为700kHz，允许使用小尺寸的0.65µH输出电感器。此外，MOSFET集成在TPS54x72封装内，无需外部MOSFET及其相关驱动器，降低了成本和设计复杂度。

输入输出范围

不同型号的评估模块具有不同的输入电压和输出电流范围：

• TPS54672EVM - 222：输入电压范围为3.0V至6.0V，输出电流范围为 - 6A至6A。
• TPS54872EVM - 222：输入电压范围为4.0V至6.0V，输出电流范围为 - 8A至8A。
• TPS54972EVM - 222：输入电压范围为3.0V至4.0V，输出电流范围为 - 9A至9A。

性能规格

在输出电压为1.25V、环境温度为25°C的条件下，各模块的性能规格如下：	模块型号	输入电压范围（V）	输出电压设定点（V）	输出电流范围（A）	线路调节（mV）	负载调节（mV）	负载瞬态响应（mVPK/µs）	环路带宽（kHz）	相位裕度（°）	输入纹波电压（mVpp）	输出纹波电压（mVpp）	输出上升时间（ms）	最大效率	工作频率（kHz）
TPS54672EVM - 222	3.0 - 6.0	0.42 - 1.75	- 6 - 6	0.4	8.0	- 15 - 100（上升），50 - 15（下降）	80（V1 = 3V），100（V1 = 6V）	48（V1 = 3V），47（V1 = 6V）	245 - 275	10	4.7 - 8.4 - 15	86.2%（V = 5.0V，Vo = 1.25V，Io = 2.5A）	700
TPS54872EVM - 222	4.0 - 6.0	0.56 - 1.75	- 8 - 8	0.4	8.0	- 25 - 75（上升），75（下降）	80（V1 = 4V），100（V1 = 6V）	48（V1 = 4V），46（V1 = 6V）	245 - 275	10	4.7 - 8.4 - 15	85.5%（V = 5.0V，Vo = 1.25V，Io = 2.5A）	700
TPS54972EVM - 222	3.0 - 4.0	0.42 - 1.75	- 9 - 9	0.4	8.0	- 35 - 75（上升），40 - 75（下降）	71（V1 = 3V），80（V1 = 3.6V）	41（V1 = 3V），42（V1 = 3.6V）	340 - 400	7 - 10	4.7 - 8.4 - 15	89.7%（V1 = 3.3V，Vo = 1.25V，Io = 2.5A）	700

模块修改

输出电压调整

通过改变(V{(DDQ)})电压从0.92V到3.5V，可以将输出电压调整在0.46V至1.75V范围内。若要获得高于1.75V的输出电压，可以修改REFIN电压分压器R6和R7，并使用R1和R9电压分压器将输出反馈电压缩放至VSENSE引脚。为保持输出跟踪速率为(V{(DDQ)})输入的一半，R6/R7分压器应将(V{(DDQ)})缩放四倍，R1/R9分压器应将(V{(TTQ)})缩放两倍。具体操作是将R6替换为30.1kΩ电阻，并添加10kΩ的R9电阻。

开关频率调整

开关频率可以通过改变R5的值在280kHz至700kHz之间进行调整。降低开关频率会增加输出纹波，除非增加L1的值。频率调整电阻选择图（Figure 1 - 1）可用于确定合适的R5值。

输出滤波器配置

TPS54x72EVM - 222 EVM支持通过PCB背面的焊盘进行替代输出滤波器配置。C15、C16和C17的位置可容纳多达三个电解型表面贴装电容器，L2的位置可容纳流行的电感器，如Vishay IHLP - 5050系列。由于输出滤波器的变化会影响整体环路响应，用户可能需要更改补偿网络（R1、R2、R3、C1、C2和C3）的值。反馈路径中的0Ω电阻R8可方便地用于断开环路以测试补偿值的变化。

测试设置与结果

输入输出连接

TPS54x72EVM - 222有四个输入/输出连接：输入、输入返回、输出和输出返回。应使用能够提供6A电流的电源通过一对20AWG电线连接到J1，负载通过一对16AWG电线连接到J2。为减少电线损耗，应尽量缩短电线长度。测试点TP7可方便地连接示波器电压探头以监测输出电压。

效率

该模块的效率在负载电流约为2A时达到峰值，然后随着负载电流接近满载而降低。在环境温度为25°C时，5V（TPS54672、TPS54872）和3.3V（TPS54972）输入的效率如图2 - 2所示。由于MOSFET的漏源电阻随温度变化，效率在较高环境温度下会降低。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。

功率耗散

PWP封装的低结壳热阻和良好的电路板布局使得TPS54x72EVM - 222 EVM能够在输出全额定负载电流的同时保持安全的结温。在3.3V输入源和6A负载下，结温约为60°C，壳温约为55°C。图2 - 3显示了25°C时的总电路损耗。对于给定的输出电流，TPS54972由于MOSFET的较低漏源导通电阻而耗散的功率较少。

输出电压调节

输出电压的负载调节和线路调节如图2 - 4和图2 - 5所示，测量在环境温度为25°C下进行。

负载瞬态响应

TPS54x72EVM - 222对负载瞬态的响应如图2 - 6、图2 - 7和图2 - 8所示，电流阶跃为最大额定负载的25%至75%。

源 - 沉瞬态响应

该模块对源 - 沉电流瞬态的响应如图2 - 9、图2 - 10和图2 - 11所示，电流阶跃为最大额定负载的 - 50%至50%。

环路特性

TPS54x72EVM - 222的环路响应特性如图2 - 12至图2 - 17所示，展示了每个器件在最小和最大工作电压下的增益和相位图。

输出电压纹波

各器件的输出电压纹波如图2 - 18、图2 - 19和图2 - 20所示，输入电压分别为3.3V（TPS54672和TPS54972）和5V（TPS54872），输出电流为额定满载。

输入电压纹波

各器件的输入电压纹波如图2 - 21、图2 - 22和图2 - 23所示，输入电压和输出电流条件与输出电压纹波测试相同。

启动

TPS54x72EVM - 222的启动电压波形如图2 - 24、图2 - 25和图2 - 26所示。输入电压上升到启动电压阈值（TPS54672为2.9V，TPS54872为3.8V）以上后，约有3.6ms的延迟，输出电压才开始上升到最终值1.25V。

电路板布局

TPS54x72EVM - 222的电路板布局如图3 - 1至图3 - 6所示。顶层包含(V{1})、(V{O})和(V_{(phase)})的主电源走线，以及TPS54x72其余引脚的连接和大面积的接地平面。两个内层是相同的专用接地平面。底层包含用于可选替代输出滤波器的焊盘，包括三个D3或D4尺寸的电解电容器和一个0.5in. x 0.5in.尺寸的电感器的空间。顶层和底层的接地走线通过45个过孔连接到内层接地平面，其中12个过孔直接位于TPS54x72器件下方，为PowerPAD焊盘提供热路径到地。输入去耦电容器（C4和C8）、偏置去耦电容器（C9）和自举电容器（C6）都尽可能靠近IC放置，补偿组件也靠近IC。补偿电路在调节点与输出电压相连，靠近高频旁路输出电容器。

原理图和物料清单

原理图

TPS54x72EVM - 222的原理图如图4 - 1所示。

物料清单

物料清单如表4 - 1所示，包含了各种电容、电阻、电感、连接器、测试点等组件的详细信息。

总结

TPS54672/872/972评估模块是一款性能出色的电源管理模块，具有小尺寸、高效率和良好的调节性能。通过合理的修改和配置，可以满足不同应用的需求。在使用过程中，需要注意输入输出电压范围、负载瞬态响应等参数，以确保模块的稳定运行。你在实际设计中是否使用过类似的评估模块？遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。