TPS54225降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，电源管理芯片的性能和应用至关重要。TPS54225作为一款高效的降压转换器，其评估模块TPS54225EVM - 538为工程师提供了一个直观的测试和验证平台。下面将详细介绍该评估模块的相关内容。

文件下载：TPS54225EVM-538.pdf

一、引言

1.1 背景

TPS54225是一款单通道、自适应导通时间的D - CAP2™模式同步降压转换器，它所需的外部元件数量极少。D - CAP2控制电路针对低ESR输出电容器（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷类型）进行了优化，具备快速瞬态响应能力，且无需外部补偿。其开关频率内部设定为标称700kHz，高端和低端开关MOSFET以及栅极驱动电路都集成在TPS54225封装内。MOSFET的低漏源导通电阻使得TPS54225能够实现高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。该DC/DC同步转换器可在4.5V至18V的输入控制电压源和2V至18V的输入电源电压源下提供高达2A的输出，输出电压范围为0.76V至5.5V。TPS54225EVM - 538评估模块则是一个单同步降压转换器，可在5V至17V输入下提供1.05V、2A的输出。

1.2 性能规格总结

在输入电压(V_{IN}=12V)、输出电压1.05V（除非另有说明），环境温度25°C（所有测量）的条件下，TPS54225EVM - 538的性能规格如下：	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	17	V
输出电压			1.05		V
工作频率	(V{IN}=12V)，(I{O}=1A)		700		kHz
输出电流范围		0		2	A
过流限制	(V_{IN}=12V)			3.1	A
输出纹波电压	(V{IN}=12V)，(I{O}=2A)			7	(mV_{PP})

1.3 修改

评估模块设计用于展示TPS54225的特性，部分修改是可行的。比如要改变EVM的输出电压，需要改变电阻R1的值。对于0.76V至2.5V的输出电压，可使用公式(V{O}=0.765 times(1+frac{R1}{R2}))计算；对于超过2.5V的输出电压，使用公式(V{O}=(0.763 + 0.0017 times V_{O}) times(1+frac{R1}{R2}))。表1 - 3列出了一些常见输出电压对应的R1值。对于更高的输出电压，可能需要一个前馈电容C2，印刷电路板上提供了该元件的焊盘，但C2通常用于更快的负载瞬态响应，一般不使用。

二、测试设置与结果

2.1 输入/输出连接

TPS54225EVM - 538配备了输入/输出连接器和测试点。必须通过一对20AWG电线将能够提供2A电流的电源连接到J1，负载通过一对20AWG电线连接到J2，最大负载电流能力为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(V_{IN})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。

2.2 启动程序

启动评估模块的步骤如下：

1. 确保JP1（使能控制）的跳线设置为从EN到OFF。
2. 将合适的(V{IN})电压施加到J1的(V{IN})和PGND端子。
3. 将JP1（使能控制）的跳线移动到覆盖EN和ON，EVM将启用输出电压。

2.3 效率

图2 - 1展示了TPS54225EVM - 538在环境温度25°C时的效率情况。从图中可以直观地看到不同输入电压和输出电流下的效率变化。

2.4 负载调节

图2 - 2显示了TPS54225EVM - 538的负载调节情况。通过该图可以分析输出电压随负载电流变化的情况。

2.5 线性调节

图2 - 3展示了TPS54225EVM - 538的线性调节情况，反映了输入电压变化时输出电压的稳定性。

2.6 负载瞬态响应

图2 - 4显示了TPS54225EVM - 538对负载瞬态的响应，电流阶跃从0.5A到2A，可看到总峰 - 峰电压变化情况。

2.7 输出电压纹波

图2 - 5展示了TPS54225EVM - 538在额定满载2A输出电流时的输出电压纹波情况。

2.8 输入电压纹波

图2 - 6显示了TPS54225EVM - 538在额定满载2A输出电流时的输入电压纹波情况。

2.9 启动

图2 - 7展示了TPS54225EVM - 538的启动波形。

2.10 开关频率

图2 - 8显示了TPS54225EVM - 538的开关频率情况。

三、电路板布局

3.1 布局

TPS54225EVM - 538的电路板布局如图3 - 1至图3 - 6所示。顶层包含(V{IN})、(V{O})和接地的主要电源走线，还有TPS54225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，输入去耦电容尽可能靠近IC放置。输入和输出连接器、测试点以及大多数元件都位于顶层。R3（连接(V{IN})到(V{CC})的0Ω电阻）和R4（电源良好上拉电阻）位于背面。模拟地和电源地在顶层靠近TPS54225引脚5的单点连接。内部层1是一个包含模拟和电源地的分割平面，内部层2主要是电源地，还有(V{IN})的填充区域和将(V{CC})路由到使能控制跳线JP1的走线。底层主要是模拟地，还有通过R3连接(V{IN})到(V{CC})的走线、电源良好信号走线以及从(V_{OUT})到电压设定点分压网络的反馈走线。

四、原理图、物料清单和参考

4.1 原理图

图4 - 1是TPS54225EVM - 538的原理图，清晰地展示了电路的连接和元件布局。

4.2 物料清单

表4 - 1详细列出了评估模块所需的元件信息，包括元件的数量、值、描述、尺寸、零件编号和制造商等。

4.3 参考

参考资料为Texas Instruments的TPS54225单同步转换器，包含集成的高端和低端MOS FET相关内容。

五、修订历史

从2009年11月的版本到2021年10月的版本，文档更新了表格、图形和交叉引用的编号格式，同时更新了指南标题。

在实际应用中，工程师可以根据这些信息对TPS54225EVM - 538评估模块进行测试和验证，同时也可以根据实际需求对模块进行修改和优化。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。