TPS56C20 Buck Converter Evaluation Module使用指南

在电子设计领域，DC - DC转换器是电源管理的关键组件，能为各种电子设备提供稳定的电源。德州仪器（Texas Instruments）的TPS56C20 Buck Converter Evaluation Module（TPS56C20EVM - 614）是一款值得关注的评估模块，下面将深入介绍其特性、操作和使用方法。

文件下载：TPS56C20EVM-614.pdf

1. 模块简介

TPS56C20是一款同步DC - DC降压转换器，其输出电压可通过反馈电阻分压器网络或I2C接口总线的VID命令进行调整。它采用自适应导通时间的D - CAP2™模式，所需外部组件极少。D - CAP2控制电路针对低ESR输出电容（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷电容）进行了优化，具有快速瞬态响应且无需外部补偿的特点。该模块内部将开关频率设定为标称500kHz，集成了高端和低端开关MOSFET以及栅极驱动电路。MOSFET的低漏源导通电阻使TPS56C20能够实现高效率，并在高输出电流时保持较低的结温。

TPS56C20EVM - 614评估模块是一款单同步降压转换器，能在4.5V至17V的输入电压下提供1.1V/12A的输出。其输入电压范围为4.5V至17V，输出电流范围为0A至12A。

2. 性能规格总结

2.1 主要参数

在输入电压 (V_{IN}=12V)、输出电压为1.1V、环境温度25°C的条件下，该评估模块的主要性能规格如下：	参数	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	-	-	1.1	-	V
工作频率	(V{IN}=12V)，(I{O}=12A)	-	500	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	12	A
过流限制	(V_{IN}=12V)	13.2	-	20	A
输出纹波电压	(V{IN}=12V)，(I{O}=12A)	-	-	25	mVPP

3. 模块修改

3.1 输出电压设定点

要改变TPS56C20EVM - 614的输出电压，可通过改变电阻R7的值来实现。对于0.6V至1.87V之间的特定输出电压，可使用公式 (V_{OUT }=0.6 times(1+R 7 / R 8)) 计算R7的值。表3 - 1列出了常见输出电压对应的R7值。对于较高的输出电压，可能需要一个前馈电容（C12）来改善相位裕度，评估模块提供了添加该组件的焊盘。

3.2 使用I2C接口设置输出电压

工程师可以使用I2C接口动态调整TPS56C20的输出电压，范围为0.6V至1.87V。具体步骤如下：

• PC准备：
  1. 打开PC并启动Windows操作系统。
  2. 将提供的文件“PC - Software.zip”复制到系统硬盘的某个目录。
  3. 解压文件到该目录。
  4. 从目录列表中解压USB2ANY_SDK_SETUP程序文件，并以默认设置运行USB2ANY_SDK_Setup.exe。
  5. 从目录列表中解压TPS56X20 I2C TEST PANEL文件，并运行TPS56X20 I2C TEST PANEL Installer中的SETUP文件。
  6. 安装完两个软件后重启PC。
• 连接PC：
  1. 使用提供的USB电缆将PC的USB端口与TI USB2ANY接口连接，如图3 - 1所示。
  2. 使用提供的10芯带状电缆将TI USB2ANY接口与PWR614 J4连接器连接。
  3. 打开或启用输入电压电源。
• 电压缩放步骤：
  1. 进入程序文件，点击TPS56X20 I2C TEST PANEL应用程序，该面板将加载，如图3 - 2所示。
  2. 在发送 (V_{OUT }) 命令之前，点击EXT Power Settings块中的写命令，如图3 - 3所示。
  3. 进入VOUTS控制块，点击ALL VOUTS控制，如图3 - 4所示，从下拉菜单中选择不同的 (V_{OUT}) 值。
  4. 选择特定值并点击WRITE VOUT开关，观察TP6相对于TP7的电压变为编程的 (V_{OUT}) 值。

3.3 输出滤波器和闭环响应

TPS56C20依赖输出滤波器特性来确保控制回路的稳定性。表3 - 1列出了常见输出电压推荐的输出滤波器组件。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。

4. 测试设置与结果

4.1 输入/输出连接

TPS56C20EVM - 614提供了输入/输出连接器和测试点，具体信息见表4 - 1。设计要求一个能够提供4A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J3，最大负载电流能力为12A。为减少电线损耗，应尽量缩短电线长度。测试点TP3用于监测 (V_{IN}) 输入电压，TP4作为接地参考；TP6用于监测输出电压，TP7作为接地参考。

4.2 启动程序

为确保成功启动，可按以下步骤操作：

1. 确保Enable跳线JP6闭合，将EN接地，禁用输出。
2. 将适当的 (V_{IN}) 电压施加到PVIN（J1 - 1）和GND（J1 - 2）。

4.3 效率

图4 - 1和图4 - 2分别展示了TPS56C20EVM - 614在环境温度25°C时的效率曲线，包括不同输入电压下的效率情况。

4.4 负载调节

图4 - 3展示了TPS56C20EVM - 614的负载调节曲线，反映了输出电压随负载电流变化的情况。

4.5 线路调节

图4 - 4展示了TPS56C20EVM - 614的线路调节曲线，体现了输出电压随输入电压变化的情况。

4.6 负载瞬态响应

图4 - 5展示了TPS56C20EVM - 614对负载瞬态的响应，电流阶跃从50mA到12A（额定负载的0%到100%），转换速率为500mA/µs，图中显示了总峰 - 峰输出电压变化。

4.7 输出电压纹波

图4 - 6展示了TPS56C20EVM - 614在额定满载12A输出电流时的输出电压纹波情况。

4.8 启动

图4 - 7和图4 - 8分别展示了TPS56C20EVM - 614相对于 (V_{IN}) 和Enable（EN）的启动波形。

4.9 关闭

图4 - 9和图4 - 10分别展示了TPS56C20EVM - 614相对于 (V_{IN}) 和Enable（EN）的关闭波形。

5. 电路板布局

5.1 布局特点

TPS56C20EVM - 614的电路板布局如图5 - 1至图5 - 5所示。顶层包含PVIN、VIN、VOUT、SWITCH节点的主要电源走线以及大面积的接地区域，许多信号走线也位于顶层。输入去耦电容和电压设定点电阻分压器网络组件尽可能靠近IC放置。输入和输出连接器、测试点以及大多数组件位于顶层。模拟接地（用作I2C接口信号的返回路径）仅在顶层的一点与电源接地相连。内部层1和内部层2填充有电源接地。底层包含一些走线，如I2C连接和到J3连接器的输出电压走线。

6. 原理图、物料清单和参考

6.1 原理图

图6 - 1展示了TPS56C20EVM - 614的原理图，详细显示了各个组件的连接关系。

6.2 物料清单

表6 - 1列出了TPS56C20EVM - 614的物料清单，包括每个组件的规格、封装、参考设计编号、制造商等信息。

6.3 参考

可参考TPS56C20、TPS56920、TPS56720、TPS56520的数据表（SLVSCB6）获取更多信息。

7. 修订历史

从2014年3月的版本到2021年5月的版本，文档进行了一些修改，包括更改用户指南标题、更新表格、图形和交叉引用的编号格式等。

总之，TPS56C20EVM - 614评估模块为工程师提供了一个方便的平台来测试和评估TPS56C20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其应用到实际设计中。大家在使用过程中有没有遇到什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。