TPS54295降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，降压转换器是常见且关键的元件，它能将较高的输入电压转换为较低的输出电压，以满足不同电子设备的供电需求。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS54295降压转换器评估模块（TPS54295EVM）。

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一、TPS54295简介

TPS54295是一款双路、自适应导通时间、D - CAP2™模式的同步降压转换器。它具有以下显著特点：

• 外部元件少：仅需少量外部元件即可工作，简化了电路设计。
• D - CAP2™控制电路：针对低等效串联电阻（ESR）的输出电容（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷电容）进行了优化，无需外部补偿就能实现快速瞬态响应。
• 内部设定开关频率：开关频率内部设定为标称700kHz，保证了稳定的工作频率。
• 集成MOSFET：将高端和低端开关MOSFET以及栅极驱动电路集成在芯片封装内，低导通电阻有助于实现高效率，并在高输出电流时保持较低的结温。
• Eco - mode™操作：具备自动跳过的Eco - mode™操作模式，可提高轻载效率。

该转换器设计用于从4.5V至18V的输入电压源提供高达2×2A的输出，输出电压范围为0.76V至7V。

二、评估模块性能规格

TPS54295EVM评估模块是一款双路同步降压转换器，能在4.5V至18V输入下提供1.2V和3.3V的2A输出。以下是其主要性能规格总结（除非另有说明，输入电压 (V_{INx}=12V)，输出电压为1.2V和3.3V，环境温度为25°C）：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围 ((V_{INx}))	-	4.5	12	18	V
输出电压 (V_{OUT1})	-	-	1.2	-	V
输出电压 (V_{OUT2})	-	-	3.3	-	V
工作频率	(V{INx}=12V)，(I{OUTx}=1A)	-	700	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	2	A
线路调整率 (V_{OUT1})	(I{OUTx}=1A)，(V{INx}=4.5V) 至 18V	-	-	0.040	%/V
线路调整率 (V_{OUT2})	(I{OUTx}=1A)，(V{INx}=5V) 至 18V	-	-	0.049	%/V
负载调整率 (V_{OUT1})	(V{INx}=12V)，(I{OUTx}=0A) 至 2A	-	-	0.375	%/A
负载调整率 (V_{OUT2})	(V{INx}=12V)，(I{OUTx}=0A) 至 2A	-	-	0.167	%/A
过流限制 (V_{OUTx})	(V_{INx}=12V)，(Lx = 2.2µH)	-	-	4	A
输出纹波电压 (V_{OUTx})	(V{INx}=12V)，(I{OUTx}=2A)	-	-	15	mVPP
最大效率 (V_{OUT1})	(V{INx}=5V)，(I{OUTx}=0.4A)	-	88.1	-	%
最大效率 (V_{OUT2})	(V{INx}=5V)，(I{OUTx}=0.3A)	-	95.1	-	%

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，需更改反馈分压器的上拉电阻R1或R3的值。可参考图5 - 1中的顶层组件来定位靠近输出连接器的电阻。通过以下公式可计算特定输出电压下R1或R3的值： [V{OUT 1}=0.765 V timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right) ; V{OUT 2}=0.765 V timesleft(1+frac{R 3}{R 4}right)] 表3 - 1列出了一些常见输出电压对应的R1或R3值。对于1.8V及以上的输出电压，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

TPS54295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。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

TPS54295EVM配备了输入/输出连接器和测试点，具体连接和测试点信息见表4 - 1。需使用能够提供4A电流的电源通过一对20AWG电线连接到J1，负载通过一对20AWG电线连接到J3和/或J2，最大负载电流能力为2×2A。为减少电线损耗，应尽量缩短电线长度。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（使能控制）的跳线设置为从ENx到off。
2. 将适当的 (V{IN}) 电压施加到J1的 (V{IN}) 和PGND端子。
3. 将J4和/或J5（使能控制）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

分别给出了转换器1和转换器2在环境温度为25°C时的效率曲线（图4 - 1和图4 - 2），有助于我们了解不同输入电压和输出电流下的效率情况。

4.4 负载调整率

图4 - 3和图4 - 4分别展示了转换器1和转换器2的负载调整率。转换器1的负载调整率独立于转换器2的负载，而转换器2在5V输入电压时，其输出电压对转换器1的负载有一定依赖性。

4.5 线路调整率

图4 - 5和图4 - 6分别显示了转换器1和转换器2的线路调整率。转换器1在整个线路和负载范围内精度在1%以内；转换器2在输入电压高于7V时，输出电压精度在1%以内，低于7V时仍在5%以内。

4.6 负载瞬态响应

图4 - 7和图4 - 8分别展示了转换器1和转换器2对负载瞬态的响应，给出了电流阶跃变化时的电压峰 - 峰变化情况。

4.7 输出电压纹波

分别给出了转换器1和转换器2在额定满载、Eco - mode™启动和无负载时的输出电压纹波情况（图4 - 9至图4 - 14），帮助我们了解不同工作状态下的输出电压稳定性。

4.8 输入电压纹波

图4 - 15展示了TPS54295EVM的输入电压纹波，输出电流为额定满载电流2A。

4.9 启动和关闭

分别给出了转换器1和转换器2相对于 (V_{IN}) 和使能信号（EN1、EN2）的启动和关闭波形（图4 - 16至图4 - 23），有助于我们了解模块的启动和关闭特性。

五、电路板布局

TPS54295EVM的电路板布局包括顶层、内部层和底层，如图5 - 1至图5 - 6所示。顶层包含 (V{IN}) 和 (V{OUTx}) 的主电源走线，以及TPS54295引脚的连接和大面积的接地。输入去耦电容尽可能靠近IC放置，输入和输出连接器、测试点和所有组装组件都位于顶层。顶层还提供了模拟接地（GND）区域，模拟接地和电源接地在顶层靠近IC的单点连接。其他层主要是电源接地，底层有一些用于连接SSx和ENx测试点的走线。

六、原理图、物料清单和参考资料

6.1 原理图

图6 - 1为TPS54295EVM的原理图，展示了电路的详细连接和元件布局。

6.2 物料清单

表6 - 1列出了评估模块的物料清单，包括元件的数量、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4V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TPS54295数据手册，获取更详细的产品信息。

总的来说，TPS54295EVM评估模块为工程师提供了一个方便的平台来测试和评估TPS54295降压转换器的性能。通过对其性能规格、修改方法、测试设置和结果等方面的了解，工程师可以更好地将该转换器应用到实际设计中。大家在使用过程中是否遇到过类似模块的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。