TPS62102 降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，降压转换器是一种常见且重要的电路元件。今天我们就来详细了解一下德州仪器（Texas Instruments）的 TPS62102 降压转换器评估模块。

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一、TPS62102 降压转换器的特性

TPS62102 是一款低功耗、高效率的降压转换器，具有以下显著特性：

1. 宽输入输出范围：输入范围为 2.5 - 9V，输出范围为 0.8 - 8V，能够适应多种不同的电源和负载需求。
2. 双自动模式：具备双自动模式，可在轻负载时实现高效率运行，有助于降低功耗。
3. 可外部同步：支持外部同步功能，能与外部信号源同步，提高系统的稳定性和兼容性。
4. 宽占空比范围：占空比范围为 0% - 100%，可灵活调整输出电压。
5. 低电流特性：采用 BICMOS 工艺，具有低静态、待机和关断电流，进一步降低功耗。
6. 封装形式：采用 8 引脚 SOIC (D) 封装，便于安装和焊接。

二、评估模块描述

TPS62102EVM - 01 评估模块是一个完全组装好且可直接测试的模块。它展示了一个自动模式切换的转换器，能够在 3.3V 输出时提供 500mA 的输出电流。该转换器的开关频率为 1MHz 自由运行，此外还有标称开关频率为 300kHz、600kHz 和 2MHz 的版本可供选择。需要注意的是，这些基本频率的选择是为了尽量减少与 455kHz 中频 (IF) 电路的相互干扰。

用户需要为该评估模块提供电源和合适的负载。在这个配置中，转换器的闭环带宽约为 40kHz。

评估模块允许用户控制 TPS62102 的 SD/SYNC 和 MODE 引脚：

1. MODE 引脚：默认情况下，MODE (CB1) 引脚应保持浮空，这样 TPS62102 可以自动确定是在连续频率模式还是脉冲频率调制 (PFM) 模式下运行。
2. SD/SYNC 引脚：默认情况下，SD/SYNC 引脚通过跳线接地，使 TPS62102 自由运行。该引脚不能浮空，否则会导致不稳定和不可预测的行为。若要将转换器与外部源同步，需将外部源连接到 CB2 的中间引脚，外部源的输出脉冲频率应高于转换器的自由运行频率，脉冲幅度应在 2V 到评估模块的 VIN 之间，同步信号的最小脉冲宽度为 50ns。此外，将 SD/SYNC 引脚拉至 2V 或更高并保持，可使转换器关闭并进入低电流运行模式，关闭操作大约在 SD/SYNC 引脚拉高 20ms 后发生。

三、反馈考虑因素

3.1 误差放大器

芯片中的误差放大器对反馈回路的设计有重要影响。为了获得一个实际的模型，假设误差放大器具有 80dB（直流）增益和 2MHz 的增益带宽积 (GBWP)。虽然这个假设可能有点保守，但能确保在这些约束条件下设计出稳定的回路。

3.2 开环小信号交流模型

通过图 3 - 2 所示的电路来定义该评估模块的反馈回路。M1 是对应输入电压和 PWM 增益的集总增益。在芯片中，斜坡高度约为 1V，因此在自由运行情况下，PWM 增益为 100%/V 或仅为 1。8 倍因子来自 8V 的输入电压，PWM 增益会随着同步而增加。例如，将一个标称 1MHz 的自由运行振荡器同步到 1.2MHz 时，PWM 增益会增加，计算公式为： [G{SYNC}=frac{F{SYNC}}{F{FREE}} × G{FREE}] 其中，$G{FREE}$ 是自由运行的 PWM 增益（这里为 1），$G{SYNC}$ 是同步后的 PWM 增益，$F{FREE}$ 是自由运行的振荡器频率，$F{SYNC}$ 是同步频率。

四、操作说明

4.1 连接直流电源

将直流电源连接到端子 TB1，电源应能够提供高达 10V、0.5A 的电流。电源应设置为其最小输出电压水平，并将电流限制在 0.5A。

4.2 连接负载

将负载连接到 TB2，负载应能够处理 3.5V、0.5A 的电流。

4.3 放置跳线

• CB2 跳线：将跳线从引脚 1 连接到引脚 2 会使 SD/SYNC 引脚拉高，导致转换器关闭；将跳线从引脚 2 连接到引脚 3 会使 SD/SYNC 引脚拉低，使转换器正常运行。
• CB1 跳线（可选）：将跳线从引脚 1 连接到引脚 2 会使 MODE 引脚拉高，强制转换器进入恒定频率、重载模式；将跳线从引脚 2 连接到引脚 3 会使 MODE 引脚拉低，强制转换器进入脉冲可变低功率模式；不使用跳线，让 MODE 引脚浮空，可使转换器在自动模式下运行，输出负载检测电路会确定转换器应在恒定频率还是脉冲可变频率模式下运行。

4.4 开启电子负载

开启电子负载，并将负载调整到 10mA 到 500mA 之间运行。

4.5 开启输入电源

从输入直流电源的最小设置开始，缓慢将电压增加到 7V ±0.5V。

4.6 关闭转换器

要关闭转换器，将直流输入电源电压降至零，然后关闭电子负载。

五、评估模块布局

文档中展示了 TPS62102EVM - 01 PCB 的评估模块布局示例（图 5 - 1 至图 5 - 3），这些布局图仅作为参考，不按比例绘制。

六、评估模块组件

评估模块包含多种组件，以下是部分主要组件的信息：	组件类型	参考编号	数量	值/类型编号	制造商	零件编号
电容器	C1	1	100mF,±20%,25 V, 电解电容	Panasonic–ECG	ECE–V1EA101UP
电容器	C2	1	1.0mF,+80%/–20%, 25 V, 陶瓷电容, Y5V	Panasonic–ECG	ECJ–3YF1E105Z
二极管	D1	1	100mA, 肖特基二极管	Panasonic–SSG	MA3X786
跳线	CB1,CB2	2	100mil, 3 端子, 带状 SIP 插座	AriesElectronics	12–0511–10
电感器	L1	1	15mH, 电感器	CoilCraft	DT1608–153
电阻器	R1	1	30.1kW,±1%, 金属膜电阻器, 1/8W	Panasonic–ECG	ERJ–8ENF3012V
端子块	TB1,TB2	2	2 位置端子块连接器	Weidmuller	171602
集成电路	U1	1	低功率同步降压控制器	TI	TPS62102DR
印刷电路板	n/a	1	印刷电路板, FR4, 2 oz., 2.800” x 1.500” x 0.063”	n/a	SLUP055

七、总结

TPS62102 降压转换器评估模块为工程师提供了一个方便的测试平台，让我们能够深入了解和评估 TPS62102 降压转换器的性能。通过合理使用评估模块的各项功能和组件，我们可以设计出更高效、稳定的电源电路。在实际应用中，你是否遇到过类似降压转换器的设计挑战呢？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。