TPS60400EVM - 178评估模块：助力TPS6040x电荷泵设备评估

在电子设计领域，评估模块对于工程师来说是非常重要的工具，它能够帮助我们快速了解和评估新设备的性能。今天，我们就来详细介绍一下德州仪器（TI）的TPS60400EVM - 178评估模块，它主要用于评估TPS6040x系列电荷泵设备。

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重要注意事项

TI在产品方面保留一定的权利，可能会在不通知的情况下对产品进行更改或停产。所以，我们在下单前一定要获取最新的相关信息，确保所依赖的信息是最新且完整的。TI对产品的性能有标准保修，但具体测试并非涵盖所有参数。客户需要对使用TI组件的应用负责，要提供足够的设计和操作保障措施，以降低应用风险。同时，TI不承担应用协助、客户产品设计等方面的责任，也未授予相关知识产权许可。

这个评估套件仅用于工程开发或评估目的，不适合商业使用。如果套件不符合用户指南中的规格，可在交付日期起30天内全额退款。用户要对产品的正确和安全处理负责，并对TI进行赔偿。此外，产品可能不符合监管要求或未获得相关认证，由于产品结构开放，用户要注意静电放电防护。

评估板概述

1. 评估板布局与应用电路

TPS6040x评估板的布局至关重要，其建议布局可作为参考，能有效减少设计时间。评估板分为四个部分，每个部分都有不同的应用电路：

• 简单逆变器或带滤波器和后置调节器的逆变器（例如用于LCD偏置）
• 倍压逆变器（(V{OUT }=-2 ~V{IN})）
• 组合倍压器/逆变器（(V{OUT 1}=-V{IN } ; V{OUT2 }=2 ~V{IN })）
• 降压电荷泵（(V{OUT }=0.5 ~V{IN })）

2. 设备基本操作

TPS6040x电荷泵是未稳压的电压逆变器，适用于1.8 V至5 V的输入电压范围。输出电压是输入电压的反相，最大可输出60 mA的电流。该设备由一个带有电容(C{(FLY)})和(C{o})的单逆变器级组成，具体功能描述可参考数据手册（SLVS324）。

3. 设备系列差异

TPS6040x系列设备的区别主要在于工作频率和静态电流。TPS60400的开关频率会随负载电流变化，而TPS60401至TPS60403则以固定频率运行。具体参数如下表所示：	设备	典型工作频率	典型静态电流
TPS60400	50 kHz至250 kHz（负载相关）	125 µA
TPS60401	20 kHz	65 µA
TPS60402	50 kHz	120 µA
TPS60403	250 kHz	425 µA

评估板详细描述

1. 带滤波器和后置调节器的逆变器

该应用电路使用TPS6040x电荷泵生成负输出电压，通过R10和C16进行滤波，再由TLV431并联调节器稳定输出。输出电压(V{O})由电阻网络R13/R12决定，计算公式为： [V{O}=-left(1+frac{R 13}{R 12}right) × V{ref }-R 13 × I{(ref) }] 其中，(V{ref })通常为1.24 V，(I(ref))是参考输入电流，通常约为0.15 µA。电阻R10和R11要在最小输入电压(V{1})时为TLV431提供阴极电流(|I_{(K A, min )}| ≥0.08) mA。相关详细信息可参考TLV431数据手册（文献编号SLVS139）。

2. 电压倍压器/逆变器

在双输出应用中，TPS6040x的无负载输出电压(V{POS})是输入电压的两倍。加载时，由于D20和D21的正向电压，输出电压会下降。使用肖特基二极管可提高负载下的输出电压。(V{neg })是反相输出，(V{NEG}=-V{IN})。输入电流约为(V{POS})输出电流的2倍加上(V{NEG})的输出电流。

3. 倍压逆变器

两个TPS6040x设备串联，可将1.8 V至5 V的输入电压转换为 - 3.6 V至 - 10 V的输出电压。电容C40、C41、C42和C44的额定电压要根据输入电压确定，输出电容的额定电压至少为输入电压的两倍。

4. 降压电荷泵

该设备也可用于将输入电压降低一半，输出电流是输入电流的两倍。要使逆变器以降压配置运行，只需交换逆变器的GND和OUT引脚。对于5 V至2.5 V的转换，输出电阻通常为15 Ω；输入电压为7 V时，输出电阻约为8 Ω。

5. 评估板布局与设置

评估板的四个部分相互独立，底层由四个独立的GND平面组成，以增加灵活性。要使评估板正常运行，需按以下步骤操作：

• 组装测试应用所需的组件，有时会添加不同尺寸的焊盘，以便使用1206或0805尺寸的组件。
• 在输入（(V_{IN})）和地（GND）之间连接具有适当电压水平（1.8 V至5 V）的信号源（或电池组）。

电容选择

为了获得最大输出电流和最佳性能，建议飞跨电容和输出电容的最小值参考表2 - 3。对于较低的输出电流或允许较高的输出电压纹波，也可以使用较小的电容。如果飞跨电容小于表中所列值，最大输出电流会降低。陶瓷电容能使电荷泵达到最佳性能，为减少从传输阶段（飞跨电容充电）到向输出电容传输电流时的尖峰，建议在输入和输出端使用陶瓷电容。钽电容由于等效串联电阻（ESR）过高，无法有效过滤这些尖峰，使用钽电容作为输入或输出电容时，可并联一个陶瓷电容以降低电压尖峰。

总之，TPS60400EVM - 178评估模块为我们评估TPS6040x电荷泵设备提供了一个很好的平台。在实际设计中，我们要根据具体需求合理选择应用电路和电容，以实现最佳性能。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。