探索TPS60241EVM-194 µ Buck - Boost Converter：助力电源设计新突破

在电子工程师的日常工作中，电源管理模块的设计与评估是至关重要的环节。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的TPS60241EVM - 194 µ Buck - Boost Converter评估模块，看看它如何为我们的设计工作带来便利。

文件下载：TPS60241EVM-194.pdf

一、TI产品重要声明

在正式介绍评估模块之前，我们需要了解TI对于产品的一些重要声明。TI有权对其产品和服务进行各种更改，并且可能会随时停止某些产品或服务而不另行通知。客户在下单前应获取最新信息，并确保其准确性和完整性。同时，TI对硬件产品的性能提供符合标准保修的保证，但并非对每个产品的所有参数都进行测试。此外，TI不承担应用协助、客户产品设计等方面的责任，客户需自行负责使用TI组件的产品和应用，并采取适当的设计和操作保障措施。

对于评估套件，TI明确表示该套件仅用于工程开发或评估目的，不适合商业使用。套件可能在设计、营销和制造相关的保护考虑方面不完整，也可能不符合欧盟电磁兼容性指令的技术要求。如果套件不符合用户指南中的规格，可在交付后30天内全额退款。用户需承担产品的正确和安全处理责任，并对TI因产品处理或使用产生的所有索赔进行赔偿。

二、TPS6024x器件基本信息

（一）基本工作原理

TPS6024x系列是170 µVrms零纹波开关电容降压 - 升压转换器。不同型号的输入电压范围有所不同，例如TPS60240、TPS60242、TPS60243的输入电压范围为1.8 V至5.5 V，而TPS60241的输入电压范围为2.7 V至5.5 V。以TPS60241为例，其推挽式电荷泵级将输入电压提升至标称输出电压5 V，最小输出电流为12 mA，当 (V_{IN} > 2.95 V) 时，最大输出电流为25 mA。更详细的功能描述可参考数据手册。

（二）器件家族

TPS6024x家族的器件仅在输出电压上有所不同，具体如下表所示：	器件	输入电压范围	输出电压（固定）
TPS60240	1.8 V至5.5 V	3.3 V
TPS60241	2.7 V至5.5 V	5 V
TPS60242	1.8 V至5.5 V	2.7 V
TPS60243	1.8 V至5.5 V	3 V

三、评估板（EVM）详细介绍

（一）电路描述与原理图

评估板上为所有必要信号提供了单引脚连接器。要操作该板，需在 (V_{IN}) 和GND之间连接具有适当电压电平的电源。为方便使用，还添加了一些额外的GND引脚。C1至C4是1206尺寸的SMD焊盘，这些部件并非操作必需，仅用于测试目的，可作为测试点或通过并联其他电容来轻松增加电容值。

评估板的物料清单如下：	参考	部件描述
X1至X8	MC S1 - B连接器
J1	跳线使能
IC1	TPS60241DGK降压 - 升压转换器
C5	2.2 µF/10 V；X7R陶瓷电容，尺寸0805，输入电容
C2, C3	1 µF/10 V；X7R陶瓷电容，尺寸0805，飞跨电容
C6	2.2 µF/10 V；X7R陶瓷电容，尺寸0805，输出电容
C1, C4	输入和输出电容的额外焊盘；尺寸1206

（二）评估板布局

评估板上的组件仅放置在顶层。评估板的尺寸为 (51.0 × 35.5 mm^{2})（即 (1810 mm^{2}) ），远大于IC及其电容所需的空间（约 (10 mm × 12 mm = 120 mm^{2}) ）。电容的选择是为了优化性能而非节省空间，不过也可以使用更小的电容来优化布局以减少板空间。评估板上还在 (C{IN}) 和 (C{OUT}) 处并联添加了1206尺寸的焊盘，方便焊接其他电容。底层信号为接地信号（GND），为保证良好性能，整个底层是一个GND平面，仅被一些过孔打断。

（三）评估板设置

为确保评估板正常运行，需遵循以下步骤：

1. 在输出端（ (V_{OUT}) 和GND之间）连接负载：
   • 当 (V_{IN}=2.7 V) 至5.5 V时，负载电阻 (R = 417 Omega) ；
   • 当 (V_{IN}=2.95 V) 至5.5 V时，负载电阻 (R = 200 Omega) 。
2. 在输入端（ (V_{IN}) ）和地（GND）之间连接具有适当电压（2.7 V至5.5 V）的电压源（或电池组）。
3. 将跳线J1置于ON位置以启用设备。

四、电容选择建议

为了获得最大输出电流和最佳性能，建议使用评估板上放置的电容。对于较低电流或允许较高输出电压纹波的情况，也可以使用其他电容。建议输出电容的最小值为0.22 µF，以确保系统稳定运行，但使用如此低的输出电容会使输出纹波和噪声大得多。当飞跨电容小于1 µF时，最大输出功率会降低。

陶瓷电容能使电荷泵获得最佳性能。为减少从一个电荷泵的传输阶段（输出电容充电）转换到另一个电荷泵时的尖峰，建议在输入和输出端使用陶瓷电容。钽电容由于其等效串联电阻（ESR）过高，无法过滤这些尖峰，因此在使用钽电容作为输入或输出电容时，应并联一个陶瓷电容以降低电压尖峰。

通过对TPS60241EVM - 194评估模块的详细了解，我们可以看到它为电源设计工程师提供了一个很好的评估平台。大家在实际应用中，是否也遇到过类似电源模块评估的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。