TPS563900 Buck 转换器评估模块使用指南

在电子电路设计中，DC/DC 转换器是非常重要的组件，它能将一种直流电压转换为另一种直流电压，以满足不同电路的需求。德州仪器（Texas Instruments）的 TPS563900 Buck 转换器评估模块（TPS563900EVM - 574）就是这样一款值得关注的产品。下面将详细介绍该评估模块的相关信息。

文件下载：TPS563900EVM-574.pdf

一、产品概述

1.1 背景

TPS563900 是一款双输出电流模式控制的 DC/DC 转换器，每个输出额定电流高达 3.5 A，输入电压范围为 4.5 V 至 18 V。该评估模块旨在展示使用 TPS563900 调节器设计时可实现的小印刷电路板（PCB）面积。其开关频率外部设定为标称 500 kHz，内部集成了高端和低端 MOSFET 以及栅极驱动电路，低的漏源导通电阻使 TPS563900 能实现高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。补偿组件在集成电路（IC）外部，通过外部分压器可实现输出电压可调。此外，它还提供可调的软启动和欠压锁定输入。TPS563900EVM - 574 的绝对最大输入电压为 20 V。

1.2 性能规格总结

评估模块的性能规格在特定条件下进行了测试，输入电压 (V_{IN}=12V)，(VOUT1) 输出电压为 1.0 V，(VOUT2) 输出电压为 1.1 V，环境温度为 25°C（除非另有说明）。具体规格如下：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{IN}) 电压范围（(PVIN = VIN)）	-	4.5	12	18	V
(V_{IN}) 启动电压（内部 UVLO）	-	2.12	-	-	V
(V_{IN}) 停止电压（内部 UVLO）	-	1.74	-	-	V
输出电压设定点，(VOUT1)	-	-	1.0	-	V
输出电流范围，(VOUT1)	(V_{IN}=4.5V) 至 18 V	0	-	3.5	A
输出电压设定点，(VOUT2)	-	-	1.1	-	V
输出电流范围，(VOUT2)	(V_{IN}=4.5V) 至 18 V	0	-	3.5	A
线路调整率，(VOUT1) 和 (VOUT2)	(I{O}=1.75A)，(V{IN}=4.5V) 至 18 V	-	-	±0.02	%
负载调整率，(VOUT1) 和 (VOUT2)	(V{IN}=5V)，(I{O}=0A) 至 3.5 A	-	-	±0.35	%
负载瞬态响应，(VOUT1) 和 (VOUT2)	(I_{O}=0.5A) 至 2.5 A	-	-	-40	mV
	(I_{O}=0.5A) 至 2.5 A	-	-	100	µs
	(I_{O}=2.5A) 至 0.5 A	-	-	40	mV
	(I_{O}=2.5A) 至 0.5 A	-	-	100	µs
输出纹波电压，(VOUT1) 和 (VOUT2)	(I_{O}=3.5A)	-	-	10	(mV_{PP})
输出上升时间，(VOUT1) 和 (VOUT2)	-	-	-	1	ms
工作频率	-	-	500	-	kHz

1.3 模块修改

该评估模块可进行一些修改以满足不同需求。

1.3.1 输出电压设定点

输出电压可通过外部电压分压器或内部 I²C 接口进行设置。(VOUT1) 的外部输出电压调整由 R10 和 R11 的电阻分压器网络设置，(VOUT2) 由 R16 和 R17 的电阻分压器网络设置，R10 和 R16 固定为 40.2 kΩ。通过改变 R11 或 R17 的值，可在 0.68 V 至 1.95 V 范围内改变输出电压，计算公式如下： [R11=frac{R10 × 0.6V}{V{OUT}-0.6V} quad (1)] [R17=frac{R16 × 0.6V}{V{OUT}-0.6V} quad (2)]

也可使用 I²C 接口的可选 VID 控制来设置输出电压。通过 J2 连接器与 HPA172 USB 接口适配器配合，使用 TPS563900 GUI_ver_0_0_0_2 软件，可将输出电压编程为 0.68 V 至 1.95 V 之间的 128 个预设电压之一。

1.3.2 软启动时间

软启动时间可通过改变 (VOUT1) 或 (VOUT2) 的 C7 或 C8 的值进行调整，计算公式如下： [C7(nF)=frac{T{ss}(ms) × 6mu A}{0.6V}] [C8(nF)=frac{T{ss}(ms) × 6mu A}{0.6V}] 评估模块默认使用 (C7 = C8 = 10nF)，软启动时间为 1 ms。

1.3.3 可调欠压锁定（UVLO）

可通过 R3 和 R4 或 R5 和 R6 分别为 (VOUT1) 或 (VOUT2) 外部调整欠压锁定（UVLO）。计算不同启动电压所需电阻值的公式如下： [R3=frac{V{START}(frac{V{ENFALLING}}{V{ENUSING}})-V{STOP}}{I{p}(1 - frac{V{ENFALLING}}{V{ENUSING}})+I{h}} quad (5)] 计算不同停止电压所需电阻值的公式如下： [R4=frac{R3 × V{ENFALLING}}{V{STOP}-V{ENFALLING}+R3(I{p}+I{h})} quad (7)] [R6=frac{R5 × V{ENFALLING}}{V{STOP}-V{ENFALLING}+R5(I{p}+I{h})} quad (8)]

二、测试设置与结果

2.1 输入/输出连接

TPS563900EVM - 574 提供了输入/输出连接器和测试点，具体信息如下：	参考标号	功能
J1	(V{IN}) 输入电压连接器（(V{IN}) 范围见表格 1 - 1）
J2	I²C 接口连接器
J3	(VOUT1)，最大 1.0 V，3.5 A
J4	(VOUT2)，最大 1.1 V，3.5 A
JP1	模式选择。覆盖 JP1 - 2 和 JP1 - 3 选择强制 CCM 模式；留空选择 PSM 脉冲跳过模式以提高轻载效率
JP2	地址选择。通常覆盖 JP2 - 2 和 JP2 - 3
JP3	跳线选择内部 LDO 作为 I²C 上拉电压。通常留空以允许 USB 接口适配器提供上拉电压
JP4	(VOUT1) 使能的 2 针接头。将 EN 连接到地禁用，留空启用
JP5	(VOUT2) 使能的 2 针接头。将 EN 连接到地禁用，留空启用
TP1	(V{IN}) 连接器处的 (V{IN}) 测试点
TP2	(V_{IN}) 连接器处的 GND 测试点
TP3	LDO 输出测试点
TP4	外部 I²C 上拉电压测试点
TP5	(VOUT1) 使能测试点
TP6	(VOUT2) 使能测试点
TP7	(VOUT1) 软启动测试点
TP8	(VOUT2) 软启动测试点
TP9	(VOUT1) LX1 开关节点测试点
TP10	(VOUT1) 电压分压器网络中的测试点。当使用外部电阻分压器网络设置输出电压时，用于环路响应测量
TP11	(VOUT1) 连接器处的输出电压测试点
TP12	(VOUT1) 连接器处的 GND 测试点
TP13	(VOUT2) LX2 开关节点测试点
TP14	(VOUT2) 电压分压器网络中的测试点。当使用外部电阻分压器网络设置输出电压时，用于环路响应测量
TP15	(VOUT2) 连接器处的输出电压测试点
TP16	(VOUT2) 连接器处的 GND 测试点
TP17	模拟 GND 测试点
TP18	I²C SDA 测试点
TP19	I²C SCL 测试点

2.2 效率

在 25°C 环境温度下，分别测试了 CCM 和 SKIP 模式下 (VOUT1) 和 (VOUT2) 的效率，并给出了不同输出电流下的效率曲线。需要注意的是，由于内部 MOSFET 的漏源电阻随温度变化，在较高环境温度下效率可能会降低。

2.3 输出电压负载调整率

分别给出了 CCM 和 SKIP 模式下 (VOUT1) 和 (VOUT2) 的负载调整率曲线，测量环境温度为 25°C。

2.4 输出电压线路调整率

展示了 CCM 和 SKIP 模式下 (VOUT1) 和 (VOUT2) 的线路调整率曲线，测试条件为 (I_{OUT}=1.75A)。

2.5 负载瞬态响应

给出了 (VOUT1) 和 (VOUT2) 对负载瞬态的响应曲线，包括总峰 - 峰电压变化，包含输出上的纹波和噪声。

2.6 环路特性

当输出电压由外部电阻分压器网络设置时，给出了 (V_{IN}) 电压为 12 V、负载电流为 1.75 A 时的环路响应特性，包括增益和相位图。

2.7 输出电压纹波

展示了不同输出电流下的输出电压纹波情况，输入电压 (V_{IN}=12V)，纹波电压直接跨输出电容测量。

2.8 上电和关机

分别给出了 TPS563900EVM - 574 上电和关机的波形图，输入电压为 12 V，负载为 1 Ω。

三、电路板布局

3.1 布局说明

TPS563900EVM - 574 的电路板布局包括顶层、底层和内部层，各层均为 2 - oz. 铜。顶层包含 (V{IN})、(VOUT1)、(VOUT2) 和开关节点的主电源走线，以及 TPS563900 其余引脚的连接和大面积接地。内部层 1 为电源接地平面，内部层 2 包含额外的 (V{IN})、(VOUT1) 和 (VOUT2) 铜填充区域以及信号路由走线，底层仅包含电源接地平面。顶层接地走线通过多个过孔与底层和内部接地平面连接。输入去耦电容、LDO 输出电容和自举电容都尽可能靠近 IC 放置，电压设定点电阻分压器组件也靠近 IC，电压分压器网络在调节点与输出电压相连。

四、原理图和物料清单

4.1 原理图

给出了 TPS563900EVM - 574 的原理图，展示了电路的连接方式和组件布局。

4.2 物料清单

详细列出了评估模块所使用的组件，包括电容、电阻、电感、连接器、IC 等，以及它们的规格、封装、参考编号、制造商等信息。

五、修订历史

从 2014 年 3 月的版本到 2021 年 7 月的版本，对文档中的表格、图形和交叉引用的编号格式进行了更新，并更新了用户指南的标题。

通过以上对 TPS563900 Buck 转换器评估模块的介绍，相信电子工程师们对该模块有了更深入的了解。在实际设计中，可根据具体需求对模块进行调整和优化，以实现更好的性能。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。