TPS54429E降压转换器评估模块使用指南

一、引言

在电子设计领域，降压转换器是非常重要的组件，它能将高电压转换为低电压，以满足不同电路的需求。德州仪器（Texas Instruments）的TPS54429E降压转换器就是一款性能出色的产品。本文将围绕TPS54429E降压转换器评估模块（TPS54429EEVM - 608）展开，详细介绍其性能规格、测试设置、结果以及相关的修改方法等内容，希望能为电子工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

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二、TPS54429E转换器概述

TPS54429E是一款单路、自适应导通时间的D - CAP2™模式同步降压转换器，它的一大优势是所需的外部组件数量极少。其D - CAP2™控制电路针对低等效串联电阻（ESR）的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，并且具备快速瞬态响应能力，无需外部补偿。该转换器的开关频率内部设定为标称700 kHz，高侧和低侧开关MOSFET以及栅极驱动电路都集成在TPS54429E封装内。MOSFET的低漏源导通电阻使得TPS54429E能够实现高效率，并且在高输出电流时有助于保持较低的结温。此外，它还具有自动跳过的Eco - mode™功能，可在轻负载时实现更高的效率。

TPS54429E直流/直流同步转换器设计用于从7 V至18 V的输入电压源提供高达4.5 A的输出。输出电压范围为0.76 V至5.5 V，评估模块的输入电压和输出电流范围如下表所示：	EVM	输入电压范围	输出电压和电流范围
TPS54429EEVM - 608	VIN = 7 V至18 V	VOUT = 1.05 V，0 A至4.5 A

三、性能规格总结

TPS54429EEVM - 608的性能规格总结如下表所示（除非另有说明，输入电压VIN = 12 V，输出电压为1.05 V，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（VIN）	-	7	12	18	V
输出电压	-	-	1.05	-	V
工作频率	VIN = 12 V，IO = 1 A	-	700	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	4.5	A
过流限制	VIN = 12 V，LO = 1.5 µH	-	-	5.9	A
输出纹波电压	VIN = 12 V，IO = 4 A	-	-	10	mVPP

四、模块修改

4.1 输出电压设定点

若要改变评估模块（EVM）的输出电压，需要改变电阻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。对于不同的输出电压范围，可以使用以下公式计算R1的值：

• 当输出电压从0.76 V到2.5 V时：[V_{O}=0.765 timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right)]
• 当输出电压超过2.5 V时：[V{O}=left(0.763 + 0.0017 × V{O}right) timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right)]

下表列出了一些常见输出电压对应的R1值：	R2 (kΩ)	R1 (kΩ)	输出电压 (V)	L1 (µH)	C2 (pF)
1.0	6.81	1.5	22.1	-
1.0	8.25	1.05	22.1	-
1.0	12.7	1.2	22.1	-
1.0	23.2	1.5	22.1	-
1.0	30.1	1.8	22.1	10 - 22
1.0	49.9	2.5	22.1	10 - 22
1.0	73.2	3.3	22.1	10 - 22
1.0	121	5.0	22.1	10 - 22

需要注意的是，对于1.8 V或更高的输出电压，可能需要一个前馈电容器（C2）来改善相位裕度，并且为了Eco - mode™的稳定性，建议使用该电容器。印刷电路板上提供了该组件（C2）的焊盘。

五、测试设置与结果

5.1 输入/输出连接

TPS54429EEVM - 608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	VIN（VIN范围见表格1 - 1）
J2	VOUT，最大4.5 A时为1.05 V
JP1	EN控制。将EN连接到OFF禁用，连接到ON启用
TP1	VIN连接器处的VIN测试点
TP2	VIN处的GND测试点
TP3	EN测试点
TP4	模拟地测试点
TP5	开关节点测试点
TP6	电源良好测试点
TP7	输出电压测试点
TP8	输出连接器处的接地测试点

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4.5 A。为了减少电线中的损耗，应尽量缩短电线长度。

5.2 启动程序

启动TPS54429EEVM - 608的步骤如下：

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

5.3 效率测试

在环境温度为25°C、输入电压为12 V的条件下，TPS54429EEVM - 608的效率曲线如图4 - 1所示。通过观察效率曲线，我们可以了解不同输出电流下的效率情况，这对于评估转换器在实际应用中的能耗非常重要。大家可以思考一下，在不同的负载电流下，效率的变化趋势会对整个系统的功耗产生怎样的影响呢？

5.4 轻负载效率

同样在环境温度为25°C、输入电压为12 V的条件下，TPS54429EEVM - 608在轻负载时的效率曲线如图4 - 2所示。轻负载效率对于一些经常处于低负载状态的应用场景尤为重要，例如待机模式下的设备。那么，如何根据轻负载效率来优化系统的功耗呢？

5.5 负载调节

TPS54429EEVM - 608的负载调节曲线如图4 - 3所示（输入电压为12 V）。负载调节反映了转换器在负载变化时保持输出电压稳定的能力。在实际设计中，我们需要关注负载调节的性能，以确保输出电压在不同负载下都能满足系统的要求。

5.6 线路调节

TPS54429EEVM - 608的线路调节曲线如图4 - 4所示（负载电流为2.25 A）。线路调节体现了转换器在输入电压变化时输出电压的稳定性。在输入电压波动较大的环境中，良好的线路调节性能是保证系统稳定运行的关键。大家可以思考一下，如何通过改善线路调节性能来提高系统的可靠性呢？

5.7 负载瞬态响应

TPS54429EEVM - 608对负载瞬态的响应如图4 - 5所示，电流阶跃从1.25 A到3.25 A。负载瞬态响应反映了转换器在负载突然变化时的动态性能。在一些对电压稳定性要求较高的应用中，快速的负载瞬态响应是必不可少的。

5.8 输出电压纹波

TPS54429EEVM - 608在额定满载4.5 A时的输出电压纹波如图4 - 6所示。输出电压纹波是衡量转换器输出电压质量的重要指标，较小的纹波可以提高系统的稳定性和可靠性。

5.9 输入电压纹波

TPS54429EEVM - 608在额定满载4.5 A时的输入电压纹波如图4 - 7所示。输入电压纹波会影响转换器的性能和稳定性，因此需要对其进行控制和优化。

5.10 启动

TPS54429EEVM - 608相对于VIN的启动波形如图4 - 8所示，相对于启用（EN）的启动波形如图5 - 1所示。了解启动过程中的电压和电流变化情况，有助于我们在设计系统时合理安排启动顺序和时间，避免出现过冲等问题。

5.11 Eco - mode™操作

TPS54429E的Eco - mode™操作波形如图5 - 2、图5 - 3和图5 - 4所示。当电感电流降至零时，Eco - mode™操作开始，TPS54329E进入节能跳过模式，当VFB处的反馈电压降至内部设定的阈值以下时，开关恢复。在轻负载情况下，Eco - mode™可以有效提高转换器的效率。大家可以思考一下，如何根据负载情况合理利用Eco - mode™来降低系统功耗呢？

六、电路板布局

6.1 布局说明

TPS54429EEVM - 608的电路板布局如图6 - 1至图6 - 6所示。顶层包含VIN、VO和接地的主要电源走线，同时还有TPS54429E引脚的连接以及大面积的接地填充。大多数信号走线也位于顶层，输入去耦电容器尽可能靠近集成电路放置。输入和输出连接器、测试点以及大多数组件都位于顶层，而功率良好上拉电阻R4位于背面。模拟地和功率地在TPS54429E引脚5附近的顶层单点连接。内部层1是一个包含模拟和功率地的分割平面，内部层2主要是功率地，此外还有VIN的填充区域和路由VIN的走线以启用控制跳线JP1。底层主要是模拟地，走线还连接VIN、功率良好信号，并且来自VOUT的反馈走线连接到电压设定点分压网络。合理的电路板布局对于减少干扰、提高性能至关重要，大家在实际设计中可以参考这些布局特点。

七、原理图、物料清单和参考资料

7.1 原理图

TPS54429EEVM的原理图如图7 - 1所示，通过原理图我们可以清晰地了解电路的连接和工作原理。

7.2 物料清单

TPS54429EEVM - 608的物料清单如下表所示：	RefDes	QTY	Value	Description	Size	Part Number	MFR
C1, C3	2	10uF	Capacitor, Ceramic, 25V, X5R, 20%	1210	C3225X5R1E106M	TDK
C11	0	Open	Capacitor, Ceramic	1206	Std	Std
C2, C8	0	Open	Capacitor, Ceramic	0603	Std	Std
C4, C7	2	0.1uF	Capacitor, Ceramic, 50V, X7R, 10%	-	-	-
C5	1	3300pF	Capacitor, Ceramic, 25V, X7R, 10%	0603	Std	Std
C6	1	1.0uF	Capacitor, Ceramic, 16V, X7R, 10%	0603	Std	Std
C9, C10	2	22uF	Capacitor, Ceramic, 6.3V, X5R, 20%	1206	C3216X5R0J226M	TDK
J1, J2	2	ED555/2DS	Terminal Block, 2 - pin, 6 - A, 3.5mm	0.27 x 0.25 inch	ED555/2DS	Sullins
JP1	1	PEC03SAAN	Header, Male 3 - pin, 100mil spacing	0.100 inch x 3	PEC03SAAN	Sullins
L1	1.5uH	Inductor, SMT, 11A, 9.7 milliohm	0.256 x 0.280 inch	SPM6530T - 1R5M100	TDK
R1	1	8.25k	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
R2	22.1k	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
R3	1	0	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
R4	1	100k	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
R5	0	Open	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
TP1, TP3, TP5, TP6, TP7	5	5000	Test Point, Red, Thru Hole Color Keyed	0.100 x 0.100 inch	5000	Keystone
TP2, TP5, TP8	5001	Test Point, Black, Thru Hole Color Keyed	0.100 x 0.100 inch	5001	Keystone
U1	1	TPS54429EPWP	IC, 4.5 - A Output Single Sync. Step - Down	TPS54429EPWP	TI
-	-	Shunt, 100 - mil, Black	0.100	929950 - 00	3M
-	-	PCB, 2.76 In x 1.97 In x 0.062 In	HPA608	Any

7.3 参考资料

参考资料为德州仪器的TPS54429E数据手册，该手册提供了7 V至18 V输入、4.5 A同步降压SWIFT™转换器带Eco - Mode™的详细信息。

综上所述，TPS54429E降压转换器评估模块具有多种优秀的性能特点和灵活的应用方式。电子工程师们在实际设计中可以根据具体需求，参考本文提供的信息进行合理的设计和优化，以实现更好的系统性能。