TPS563200降压转换器评估模块使用指南

一、引言

在电子设计领域，电源管理模块是至关重要的组成部分。TPS563200作为一款单路、自适应导通时间、D - CAP2™模式的同步降压转换器，因其低外部元件数量的特性，受到了工程师们的广泛关注。其D - CAP2控制电路针对低等效串联电阻（ESR）输出电容进行了优化，如POSCAP、SP - CAP或陶瓷电容，具备快速瞬态响应且无需外部补偿的优点。开关频率内部设定为标称650 kHz，在轻载条件下进入高级节能模式。同时，高侧和低侧开关MOSFET与栅极驱动电路集成在TPS563200封装内，低的MOSFET漏源导通电阻使得该转换器能够实现高效率，并在高输出电流时保持较低的结温。

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TPS563200直流/直流同步转换器设计用于从4.5 V至17 V的输入电压源提供高达3 A的输出，输出电压范围为0.8 V至6.5 V。TPS563200EVM - 652评估模块（EVM）则是一款单路同步降压转换器，可从4.5 - 17 V输入提供1.05 V、3 A的输出。接下来，我们将详细介绍该评估模块的相关内容。

二、性能规格总结

TPS563200EVM - 652的性能规格总结如下（除非另有说明，输入电压 (V_{IN}=12V)，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 ((V_{IN}))	-	4.5	12	17	V
输出电压	-	-	1.05	-	V
工作频率	(V{IN}=12V)，(I{O}=3A)	-	650	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	3	A
过流限制	(V{IN}=12V)，(L{O}=1.5µH)	-	-	-	A
输出纹波电压	(V{IN}=12V)，(I{O}=3A)	-	-	20	(mV_{PP})

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，需要改变电阻R1的值。改变R1的值可使输出电压高于0.765 V，特定输出电压下R1的值可通过公式 (R1=frac{R2 times(V_{OUT}-0.765V)}{0.765V}) 计算得出。以下是一些常见输出电压对应的R1值：	输出电压 (V)	R1 (kΩ)	R2 (kΩ)	L1 (µH)	C5 + C6 + C7 (µF)
1.0	3.09	10.0	1.5	20 - 68
1.05	3.74	10.0	1.5	20 - 68
1.2	5.76	10.0	1.5	20 - 68
1.5	9.53	10.0	1.5	20 - 68
1.8	13.7	10.0	1.5	20 - 68
2.5	22.6	10.0	2.2	20 - 68
3.3	33.2	10.0	2.2	20 - 68
5.0	54.9	10.0	3.3	20 - 68
6.5	75.0	10.0	3.3	20 - 68

四、测试设置与结果

4.1 输入/输出连接

TPS563200EVM - 652配备了输入/输出连接器和测试点。必须通过一对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3 A。为减少电线中的损耗，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；TP7用于监测输出电压，TP8作为接地参考。	参考标识	功能
J1	(V{IN})（(V{IN}) 范围见表格1 - 1）
J2	(V_{OUT})，1.05 V，最大3 A
JP1	EN控制。将EN与GND短接以禁用，将EN与 (V_{IN}) 短接以启用
TP1	(V_{IN}) 正监测点
TP2	GND监测测试点
TP3	EN测试点
TP4	开关节点测试点
TP5	环路响应测量测试点
TP6	(V_{OUT}) 正监测点
TP7	GND监测测试点

4.2 启动程序

1. 确保JP1（启用控制）引脚1和2的跳线覆盖，将EN与GND短接，禁用输出。
2. 将适当的 (V_{IN}) 电压施加到VI（J1 - 2）和GND（J1 - 1）。
3. 将JP1（启用控制）的跳线从引脚1和2（EN和GND）移动到引脚2和3（EN和 (V_{IN})），启用输出。

4.3 效率

在环境温度为25°C时，TPS563200EVM - 652的效率曲线如图4 - 1所示。轻载时的效率曲线如图4 - 2所示。从曲线中我们可以观察到不同输入电压和输出电流下的效率变化情况，这对于评估模块在不同工作条件下的能耗表现有重要意义。大家可以思考一下，如何根据这些效率曲线来优化电路设计以提高整体效率呢？

4.4 负载调节

TPS563200EVM - 652在5 V输入和12 V输入时的负载调节曲线分别如图4 - 3和图4 - 4所示。负载调节反映了输出电压随负载电流变化的情况，通过这些曲线我们可以评估模块在不同负载下的稳定性。

4.5 线路调节

线路调节曲线如图4 - 5所示，它展示了输出电压随输入电压变化的情况，有助于我们了解模块在输入电压波动时的性能。

4.6 负载瞬态响应

TPS563200EVM - 652对负载瞬态的响应如图4 - 6所示，图中显示了电流阶跃和转换速率，以及总峰 - 峰电压变化。负载瞬态响应是衡量模块在负载突然变化时的动态性能的重要指标，大家可以思考如何通过电路设计来改善模块的负载瞬态响应。

4.7 输出电压纹波

TPS563200EVM - 652在不同输出电流下的输出电压纹波如图4 - 7、图4 - 8和图4 - 9所示。输出电压纹波会影响到负载设备的正常工作，我们需要关注纹波的大小并采取相应的措施来降低纹波。

4.8 输入电压纹波

输入电压纹波如图4 - 10所示，它反映了输入电压的波动情况，对模块的稳定性也有一定的影响。

4.9 启动

TPS563200EVM - 652相对于 (V_{IN}) 和使能（EN）的启动波形分别如图4 - 11和图4 - 12所示。了解启动波形有助于我们掌握模块在启动过程中的电压和电流变化情况，从而优化启动过程。

4.10 关闭

TPS563200EVM - 652相对于 (V_{IN}) 和EN的关闭波形分别如图4 - 13和图4 - 14所示。这对于设计模块的关闭过程以及保护电路有重要的参考价值。

五、电路板布局

5.1 布局

TPS563200EVM - 652的电路板布局如图5 - 1、图5 - 2和图5 - 3所示。顶层包含 (V{IN})、(V{OUT}) 和接地的主要电源走线，还有TPS563200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C1、C2和C3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。底层是接地平面，还有开关节点铜填充、信号接地铜填充以及从调节点到电阻分压器网络顶部的反馈走线。合理的电路板布局对于减少电磁干扰、提高模块的性能至关重要，大家在实际设计中可以参考这种布局方式。

六、原理图、物料清单和参考资料

6.1 原理图

TPS563200EVM - 652的原理图如图6 - 1所示，它清晰地展示了模块的电路结构和各个组件之间的连接关系。

6.2 物料清单

标识	数量	值	描述	封装	参考部件编号	制造商
PCB1	1	-	印刷电路板	PWR652	Any	-
C1, C4	2	0.1uF	陶瓷电容，0.1uF，25V，±10%，X5R，0603	0603	GRM188R61E104KA01D	MuRata
C2, C3	2	10uF	陶瓷电容，10uF，25V，±10%，X5R，1210	1210	GRM32DR61E106KA12L	MuRata
C5, C6, C7	3	22uF	陶瓷电容，22uF，10V，±10%，X7R，1206	1206	GRM31CR71A226KE15L	MuRata
J1, J2	2	-	端子块，6A，3.5mm间距，2针，通孔	7.0x8.2x6.5mm	ED555/2DS	On - Shore Technology
JP1	1	-	100mil，3x1，镀锡，通孔	-	PEC03SAAN	Sullins Connector Solutions
L1	1	1.5uH	屏蔽鼓形磁芯电感，Superflux，1.5uH，11A，0.0078欧姆，SMD	-	WE - HC4 744311150	Wurth Elektronik eiSos
LBL1	1	-	热转印可打印标签，1.250"宽x0.250"高 - 每卷10000个	-	THT - 13 - 457 - 10	Brady
R1	1	3.74k	电阻，3.74k欧姆，1%，0.1W，0603	0603	CRCW06033K74FKEA	Vishay - Dale
R2, R4	2	10.0k	电阻，10.0k欧姆，1%，0.1W，0603	0603	CRCW060310K0FKEA	Vishay - Dale
R3	1	0	电阻，0欧姆，5%，0.1W，0603	0603	ERJ - 3GEY0R00V	Panasonic
SH - JP1	1	-	1x2分流器，100mil，镀金，黑色	-	969102 - 0000 - DA	3M
TP1, TP6	2	-	红色测试点，微型，红色，通孔	-	5000	Keystone
TP2, TP7	2	-	黑色测试点，微型，黑色，通孔	-	5001	Keystone
TP3, TP5	2	-	白色测试点，微型，白色，通孔	-	5002	Keystone
TP4	1	-	黄色测试点，微型，黄色，通孔	-	5004	Keystone
U1	1	-	TPS563200 4.5V至17 V输入，3 - A同步降压稳压器，SOT - 23	DDC0006A	TPS563200DDC	Texas Instruments

6.3 参考资料

可参考TPS56320x 4.5 V至17 V输入，3 - A同步降压稳压器SOT - 23数据手册（SLVSCB0）获取更多信息。

七、修订历史

从2014年8月的版本到2021年7月的版本A主要进行了以下更新：

1. 更新了文档中表格、图形和交叉引用的编号格式。
2. 更新了用户指南标题。

通过以上内容，我们对TPS563200降压转换器评估模块有了全面的了解。在实际设计中，我们可以根据这些信息进行合理的电路设计和性能优化。大家在使用过程中如果遇到问题或者有更好的设计思路，欢迎一起交流探讨。