TPS54339E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组件，能够将高电压转换为低电压，满足不同电子设备的供电需求。德州仪器（Texas Instruments）的TPS54339E降压转换器评估模块（TPS54339EEVM - 056）就是一款性能出色的产品。今天，我们就来详细了解一下这款评估模块。

文件下载：TPS54339EEVM-056.pdf

一、TPS54339E简介

TPS54339E是一款单路、自适应导通时间、D - CAP2™模式的同步降压转换器，它的一大优势是所需的外部组件数量较少。其D - CAP2控制电路针对低等效串联电阻（ESR）输出电容器进行了优化，像POSCAP、SP - CAP或陶瓷类型的电容器都适用，并且具有快速瞬态响应，无需外部补偿。该转换器的开关频率内部设定为标称600 kHz，其高侧和低侧开关MOSFET以及栅极驱动电路都集成在TPS54339E封装内。MOSFET较低的漏源导通电阻使得TPS54339E能够实现高效率，在高输出电流时也有助于保持较低的结温。此外，为了进一步提高轻载效率，它还具备脉冲跳跃Eco模式操作。

TPS54339E DC/DC同步转换器设计用于从4.5 V至23 V的输入电压源提供高达3 A的输出，输出电压范围为0.76 V至7 V。评估模块的额定输入电压和输出电流范围如下表所示：	EVM	输入电压范围	输出电流范围
TPS54339EEVM - 056	(V_{IN}) = 4.5 V至23 V	0 A至3 A

二、性能规格总结

评估模块的性能规格总结如下表所示，除非另有说明，测试条件为输入电压(V_{IN}) = 12 V，输出电压1.05 V，环境温度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_{IN}))	-	4.5	12	23	V
输出电压	-	-	1.05	-	V
工作频率	(V{IN}) = 12 V，(I{O}) = 1.5 A	-	600	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	3	A
线性调整率	(I_{O}) = 1 A	-	-	±0.3%	-
负载调整率	(V_{IN}) = 12 V	-	+0.8， - 0.1%	-	-
过流限制	(V{IN}) = 12 V，(L{O}) = 2.2 µH	3.5	4.1	5.7	A
输出纹波电压	(V{IN}) = 12 V，(I{O}) = 3 A	-	-	15	(mV_{PP})
最大效率	(V{IN}) = 5 V，(I{O}) = 0.5 A	-	88%	-	-

三、模块修改

3.1 输出电压设定点

若要更改评估模块的输出电压，需要更改电阻R1的值。通过改变R1的值，可以将输出电压调整到0.765 V以上。对于特定输出电压的R1值，可以使用公式(V_{O}=0.765 times(1+frac{R1}{R2}))计算。下表列出了一些常见输出电压对应的R1值：	输出电压 (V)	R1 (kΩ)	R2 (kΩ)	L1 (µH)	C4 (pF)	C9、C10、C11总电容 (µF)
1.0	6.81	22.1	2.2	20 - 68	-
1.05	8.25	22.1	2.2	20 - 68	-
1.2	12.7	22.1	2.2	20 - 68	-
1.5	21.5	22.1	2.2	20 - 68	-
1.8	30.1	22.1	5 - 22	3.3	20 - 68
2.5	49.9	22.1	5 - 22	3.3	20 - 68
3.3	73.2	22.1	5 - 22	3.3	20 - 68
5.0	124	22.1	5 - 22	4.7	20 - 68
6.5	165	22.1	5 - 22	4.7	20 - 68

需要注意的是，对于1.8 V及以上的较高输出电压，可能需要一个前馈电容器（C4）来改善相位裕度，印刷电路板上提供了该组件（C4）的焊盘。而且表中给出的电阻值是标准值，并非使用上述公式精确计算的值。

3.2 输出滤波器和闭环响应

TPS54339E依靠输出滤波器特性来确保控制环路的稳定性。常见输出电压的推荐输出滤波器组件值见上述表格。当然，其他输出滤波器组件值也可能提供可接受的闭环特性。为了方便断开控制环路并测量闭环响应，电路板上设置了R3和TP4。

四、测试设置与结果

4.1 输入/输出连接

TPS54339EEVM - 056配备了输入/输出连接器和测试点，具体如下表所示：	参考标识	功能
J1	(V{IN})（(V{IN})范围见前文表格）
J2	(V_{OUT})，1.05 V，最大3 A
JP1	EN控制。将EN连接到OFF禁用，连接到ON启用
TP1	(V{IN})连接器处的(V{IN})测试点
TP2	(V_{IN})连接器处的GND测试点
TP3	EN测试点
TP4	环路响应测量测试点
TP5	VREG5测试点
TP6	开关节点测试点
TP7	模拟地测试点
TP8	(V_{OUT})连接器处的输出电压测试点
TP9	(V_{OUT})连接器处的接地测试点

需要使用能够提供2 A电流的电源通过一对20 AWG电线连接到J1，负载通过一对20 AWG电线连接到J2，最大负载电流能力为2 A，同时要尽量缩短电线长度以减少电线中的损耗。

4.2 启动程序

1. 确保JP1（启用控制）处的跳线设置为从EN到OFF。
2. 将适当的(V{IN})电压施加到J1处的(V{IN})和PGND端子。
3. 将JP1（启用控制）处的跳线移动到覆盖EN和ON，评估模块将启用输出电压。

4.3 效率

在环境温度为25°C时，TPS54339EEVM - 056的效率曲线如文档中的图4 - 1和图4 - 2所示，分别展示了不同输入电压下的效率以及轻载时的效率情况。从曲线中我们可以直观地看到效率随输出电流的变化情况，这对于评估模块在不同负载下的性能表现有重要参考价值。

4.4 负载调整率

负载调整率曲线如图4 - 3所示，展示了在(V{IN}) = 5 V和(V{IN}) = 12 V时，负载调整率随输出电流的变化。通过观察这个曲线，我们可以了解到评估模块在不同负载电流下输出电压的稳定性。

4.5 线性调整率

线性调整率曲线如图4 - 4所示，展示了在(I_{OUT}) = 1.5 A时，线性调整率随输入电压的变化。这有助于我们评估评估模块在输入电压变化时输出电压的稳定性。

4.6 闭环响应

闭环响应曲线如图4 - 5所示，在(V{IN}) = 12 V，(R{LOAD}) = 1 Ω的条件下，展示了增益和相位随频率的变化。这对于分析控制环路的稳定性和性能非常重要。

4.7 负载瞬态响应

负载瞬态响应曲线如图4 - 6所示，电流阶跃从0.5 A到1.5 A，展示了输出电压在负载突变时的响应情况。这反映了评估模块对负载变化的快速响应能力。

4.8 输出电压纹波

文档中给出了不同输出电流下的输出电压纹波曲线，如图4 - 7（(I{OUT}) = 3 A）、图4 - 8（(I{OUT}) = 150 mA）和图4 - 9（(I_{OUT}) = 0 A）。输出电压纹波是衡量电源输出质量的重要指标，这些曲线可以帮助我们评估评估模块在不同负载下的输出电压稳定性。

4.9 输入电压纹波

输入电压纹波曲线如图4 - 10所示，在输出电流为额定满载3 A时，展示了输入电压的纹波情况。这对于评估电源输入的稳定性有重要意义。

4.10 启动

启动波形如图4 - 11和图4 - 12所示，分别展示了相对于(V{IN})和EN的启动情况，在(R{LOAD}) = 1 Ω的条件下。通过观察启动波形，我们可以了解评估模块在启动过程中的电压和电流变化情况。

4.11 关机

关机波形如图4 - 13和图4 - 14所示，分别展示了相对于(V{IN})和EN的关机情况，在(R{LOAD}) = 1 Ω的条件下。这有助于我们了解评估模块在关机过程中的性能表现。

五、电路板布局

5.1 布局

TPS54339EEVM - 056的电路板布局如图5 - 1至图5 - 5所示。顶层包含(V{IN})、(V{O})和地的主要电源走线，还有TPS54339E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，输入去耦电容器尽可能靠近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，顶层还提供了一个模拟地（GND）区域，模拟地（GND）和电源地（PGND）在顶层靠近C6的单点连接。两个内层完全用于电源接地平面，底层主要是电源地，底层的铜浇铸区域用于将开关节点（SW）连接到输出电感器和升压电容器，走线还连接了使能控制跳线、EN、VREG5、LOOP测试点以及从(V_{OUT})到电压设定点分压网络的反馈走线。

六、原理图、物料清单和参考资料

6.1 原理图

图6 - 1是TPS54339EEVM - 056的原理图，通过原理图我们可以清晰地看到各个组件之间的连接关系，这对于理解电路的工作原理非常有帮助。

6.2 物料清单

物料清单详细列出了评估模块中使用的各个组件的信息，包括组件的数量、值、描述、尺寸、零件编号和制造商等，如下表所示：	参考标识	数量	值	描述	尺寸	零件编号	制造商
C1, C2	2	10 μF	陶瓷电容器，25 V，X5R，20%	1210 Std	Std	-
C3	1	0.1 μF	陶瓷电容器，50 V，X7R，10%	1206 Std	Std	-
C4, C8	0	开路	陶瓷电容器	0603 Std	Std	-
C5	1	0.47 μF	陶瓷电容器，16 V，X7R，10%	0603 Std	Std	-
C6	1	8200 pF	陶瓷电容器，25 V，X7R，10%	0603 Std	Std	-
C7	1	0.1 μF	陶瓷电容器，50 V，X7R，10%	0603 Std	Std	-
C9, C10	22 μF	陶瓷电容器，6.3 V，X5R，20%	1206	C3216X5R0J226M	TDK
C11	1	开路	陶瓷电容器	1206 Std	Std	-
D1	0	开路	二极管，0.5 A，30 V，2PIN	-	RSX051VA - 30	Rohm
J1, J2	-	-	2针端子块，6 - A，3.5 mm	0.27 x 0.25 inch	ED555/2DS	Sullins
JP1	-	-	3针公头，100mil间距	0.100 inch x 3	PEC03SAAN	Sullins
L1	1	2.2 μH	贴片电感器，5.5 A，14.6 mΩ	0.256 x 0.280 inch	CLF7045T - 2R2N	TDK
R1	1	8.25 k	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std	-
R2	22.1 k	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std	-
R3, R5	0	-	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std	-
R4	1	10.0 k	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std	-
R5	0	开路	贴片电阻，1/16W，1%	0603 Std	Std	-
TP1, TP3, TP4, TP5, TP6, TP8	3	-	红色通孔测试点，颜色编码	0.100 x 0.100 inch	5000	Keystone
TP2, TP7, TP9	3	-	黑色通孔测试点，颜色编码	0.100 x 0.100 inch	5001	Keystone
U1	1	TPS54339EDDA	IC，4.5 - 23 - V输入，3 - A同步降压SWIFT转换器，带Eco模式	SO8[DDA]	TPS54339EDDA	TI
-	1	-	分流器，100 - mil，黑色	0.100	929950 - 00	3M
-	1	-	PCB	PWR056	Any	-

6.3 参考资料

参考资料提供了德州仪器的TPS54339E，4.5V至23V输入，3 - A同步降压SWIFT™转换器带Eco - Mode™的数据手册，这为进一步深入了解该产品提供了重要的参考依据。

七、修订历史

从2012年11月的版本到2021年10月的版本，文档进行了一些修订，包括更新了表格、图形和交叉引用的编号格式，更新了用户指南的标题，以及为了清晰性对用户指南进行了编辑。

通过对TPS54339E降压转换器评估模块