TPS621x0 Buck Converter Evaluation Module 深度解析

在电子设计领域，降压转换器是电源管理的关键组件。德州仪器（Texas Instruments）的TPS621x0降压转换器评估模块（EVM）为工程师提供了一个便捷的平台，用于评估和测试TPS62160和TPS62170的性能。今天，我们就来深入了解一下这个评估模块。

文件下载：TPS62160EVM-627.pdf

一、产品概述

芯片介绍

TPS62160是一款1 - A的同步降压转换器，采用2x2 - mm、8引脚WSON封装，有固定和可调输出电压版本。TPS62170则是0.5 - A的同步降压转换器，同样采用2x2 - mm、8引脚WSON封装，也有固定和可调输出电压版本。

评估模块信息

TPS62160EVM - 627（HPA627 - 001）使用TPS62160可调版本，输出设置为3.3 V，输入电压在3.7 V至17 V之间可实现全额定性能。TPS62170EVM - 627（HPA627 - 002）使用TPS62170可调版本，输出同样设置为3.3 V，输入电压范围也是3.7 V至17 V。

二、性能规格

在环境温度为25°C的条件下，该评估模块的性能规格如下：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压	-	3.7	-	17	V
输出电压（PWM模式）	-	3.227	3.327	3.427	V
输出电流（TPS62160EVM - 627）	-	0	-	1000	mA
输出电流（TPS62170EVM - 627）	-	0	-	500	mA
峰值效率	-	-	93.1%	-	-
软启动时间	-	-	180	-	µs

三、模块修改

固定输出操作

若要进行固定电压版本的评估，可以将U1替换为固定电压版本的IC。同时，将R2替换为0 - Ω电阻，并移除R1。

输入和输出电容

C4作为额外的输入电容，虽不是正常运行所必需，但可用于降低输入电压纹波。C3作为额外的输出电容，也不是必需的，但能降低输出电压纹波并改善负载瞬态响应。不过，总输出电容必须保持在数据手册推荐的范围内，以确保正常运行。

环路响应测量

要测量TPS621x0EVM - 627的环路响应，需要对电路进行两处简单修改。首先，在PCB背面中间的焊盘上安装一个10 - Ω电阻，焊盘间距允许安装0805或0603尺寸的电阻。其次，切断输出电压过孔与连接到VOS引脚过孔的走线之间的短段走线。完成这些修改后，就可以将交流信号（推荐峰 - 峰值为10 - mV）注入到控制环路中。

四、模块设置

输入/输出连接器说明

• J1：EVM输入电源的正输入连接。
• J2：输入电压感应连接，在此处测量输入电压。
• J3：EVM输入电源的返回连接。
• J4：输出电压连接。
• J5：输出电压感应连接，在此处测量输出电压。
• J6：输出返回连接。
• J7：PG/GND，PG输出出现在该接头的引脚1，引脚2为方便的接地端。
• JP1：EN引脚输入跳线。将提供的跳线跨接在ON和EN上可开启IC，跨接在OFF和EN上可关闭IC。
• JP2：PG上拉电压跳线。将提供的跳线放在JP2上，可将PG引脚的上拉电阻连接到Vout。也可以移除跳线，并在引脚1上提供不同的电压，将PG引脚拉到不同的电平，但此外部施加的电压必须低于7 V。

操作设置

要操作EVM，需根据上述说明将跳线JP1和JP2设置到所需位置。将输入电源连接到J1和J3，将负载连接到J4和J6。

五、测试结果

效率测试

不同输入电压下，模块的效率随电流变化的曲线如图3 - 1所示。从图中可以直观地看到，在不同输入电压下，效率随着电流的变化情况。这有助于工程师根据实际需求选择合适的输入电压和负载电流，以实现高效率的电源转换。

负载调节测试

负载调节测试结果如图3 - 2所示。该测试展示了在不同输入电压下，输出电压随负载电流的变化情况。通过分析这个曲线，工程师可以了解模块在不同负载条件下的稳定性，确保输出电压在可接受的范围内波动。

线路调节测试

当输出电流Iout = 0.5 A时，线路调节测试结果如图3 - 3所示。此测试反映了输入电压变化时，输出电压的稳定性。工程师可以根据这个结果评估模块在不同输入电压环境下的性能。

环路响应测试

当输入电压Vin = 12 V且输出电流Iout = 0.5 A时，环路响应测试结果如图3 - 4所示。环路响应测试对于评估模块的动态性能非常重要，它可以帮助工程师了解模块在不同频率下的响应特性，从而优化控制策略。

电压纹波测试

输入电压纹波测试（Vin = 12 V且Iout = 1 A）和输出电压纹波测试（Vin = 12 V且Iout = 1 A）的结果分别如图3 - 5和图3 - 6所示。电压纹波是衡量电源质量的重要指标，通过这些测试结果，工程师可以评估模块在实际应用中的电源稳定性。

负载瞬态响应测试

当Vin = 12 V时，负载瞬态响应测试结果如图3 - 7所示。该测试模拟了负载突然变化时模块的响应情况，对于确保系统在动态负载下的稳定性至关重要。

启动和关闭测试

包括在Vin上启动（0.5 - A负载）、在EN上启动（0.5 - A负载）、在EN上关闭（0.5 - A负载）以及预偏置启动和关闭（0.5 - A负载）的测试结果，分别如图3 - 8、图3 - 9、图3 - 10和图3 - 11所示。这些测试有助于工程师了解模块在不同启动和关闭条件下的性能，确保系统的可靠运行。

热性能测试

当Vin = 12 V且Iout = 1 A时，热性能测试结果如图3 - 12所示。热性能是评估模块可靠性的重要因素，通过这个测试结果，工程师可以了解模块在工作过程中的温度变化情况，采取相应的散热措施。

六、电路板布局

评估模块的电路板布局包括组装层、顶层布线和底层布线，分别如图4 - 1、图4 - 2和图4 - 3所示。合理的电路板布局对于模块的性能和稳定性至关重要，工程师可以参考这些布局图进行设计和优化。

七、原理图和物料清单

原理图

TPS621x0EVM - 627的原理图如图5 - 1所示。原理图是电路设计的基础，通过它可以清晰地了解模块的电路结构和工作原理。

物料清单

物料清单（BOM）如表5 - 1所示，详细列出了模块中使用的各个元件的数量、参考编号、值、描述、尺寸、零件编号和制造商等信息。这对于采购和组装模块非常有帮助。

八、修订历史

从2011年10月的版本到2021年6月的版本，文档进行了一些更新，包括更新用户指南标题以及整个文档中表格、图形和交叉引用的编号格式。

通过对TPS621x0降压转换器评估模块的详细分析，我们可以看到它为工程师提供了一个全面的评估平台，帮助我们更好地了解和应用TPS62160和TPS62170芯片。在实际设计中，我们可以根据这些测试结果和性能规格，选择合适的芯片和参数，以满足不同应用场景的需求。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。