TPS54061EVM - 142評(píng)估模塊：同步降壓轉(zhuǎn)換器的全面解析

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。德州儀器（Texas Instruments）的TPS54061EVM - 142評(píng)估模塊為工程師們提供了一個(gè)理想的測試和開發(fā)平臺(tái)。這個(gè)評(píng)估模塊不僅展示了TPS54061同步降壓轉(zhuǎn)換器的卓越性能，還為實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)提供了寶貴的參考。

文件下載：TPS54061EVM-142.pdf

TPS54061概述

背景信息

TPS54061是一款DC/DC轉(zhuǎn)換器，能夠在4.7V至60V的輸入電壓源下提供高達(dá)0.2A的輸出電流。評(píng)估模塊的額定輸入電壓范圍為8V至60V，輸出電流范圍為0A至0.2A。其開關(guān)頻率外部設(shè)定為標(biāo)稱400kHz，內(nèi)部集成了高端和低端MOSFET以及柵極驅(qū)動(dòng)電路。補(bǔ)償組件位于集成電路外部，通過外部分壓器可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。此外，TPS54061還具備欠壓鎖定輸入功能，絕對(duì)最大輸入電壓為60V。

性能規(guī)格總結(jié)

TPS54061EVM - 142的性能規(guī)格在特定條件下進(jìn)行了詳細(xì)測試。例如，在輸入電壓(V{IN}=24V)、輸出電壓為3.3V、環(huán)境溫度為25°C的條件下，其輸出電壓設(shè)定點(diǎn)為3.3V，輸出電流范圍為0至0.2A，線路調(diào)節(jié)率為±0.2%，負(fù)載調(diào)節(jié)率為±0.1%。負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)方面，電流從0.05A到0.15A變化時(shí)，電壓變化為 - 75mV，恢復(fù)時(shí)間為1ms；從0.15A到0.05A變化時(shí)，電壓變化為75mV，恢復(fù)時(shí)間同樣為1ms。環(huán)路帶寬為11kHz，相位裕度為77°，輸入紋波電壓為50mVpp，輸出紋波電壓為6mVpp，輸出上升時(shí)間為4ms，最大效率在(V{IN}=8V)、負(fù)載電流為0.07A時(shí)達(dá)到90.4%。

評(píng)估模塊的修改

輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

若要改變評(píng)估模塊的輸出電壓，需要改變電阻(R{6})的值?？梢允褂霉?R{6}=10 k Omega × frac{left(V{OUT }-0.8 Vright)}{0.8 V})來計(jì)算特定輸出電壓對(duì)應(yīng)的(R{6})值。不過需要注意的是，(V_{IN})必須在合適的范圍內(nèi)，以確保最小導(dǎo)通時(shí)間大于120ns。同時(shí)，改變輸出電壓可能會(huì)影響環(huán)路響應(yīng)，可能需要修改補(bǔ)償組件。

測試設(shè)置與結(jié)果

輸入/輸出連接

TPS54061EVM - 142配備了輸入/輸出連接器和測試點(diǎn)。電源需通過一對(duì)20AWG電線連接到J1，負(fù)載則通過另一對(duì)20AWG電線連接到J2，最大負(fù)載電流能力為0.2A。測試點(diǎn)TP1用于監(jiān)測(V_{IN})輸入電壓，TP2作為接地參考；TP5用于監(jiān)測輸出電壓，TP6作為接地參考。

效率

評(píng)估模塊的效率在負(fù)載電流約為0.07A、(V_{IN}=8V)時(shí)達(dá)到峰值，隨后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。在較低輸出電流（0.001A至0.2A）下，效率也有相應(yīng)的表現(xiàn)。需要注意的是，較高的環(huán)境溫度可能會(huì)由于內(nèi)部MOSFET的漏源電阻隨溫度變化而導(dǎo)致效率降低。

輸出電壓調(diào)節(jié)

負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)是衡量電源穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。TPS54061EVM - 142的負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)特性通過圖表清晰展示，在不同的負(fù)載電流和輸入電壓條件下，輸出電壓能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。

瞬態(tài)響應(yīng)

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和線路瞬態(tài)響應(yīng)測試顯示了評(píng)估模塊在負(fù)載或輸入電壓突然變化時(shí)的性能。在負(fù)載瞬態(tài)測試中，電流從25%到75%的最大額定負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓的總峰 - 峰電壓變化包括紋波和噪聲；在線路瞬態(tài)測試中，輸入電壓從10V到40V變化時(shí)，輸出電壓也有相應(yīng)的變化。

環(huán)路特性

環(huán)路響應(yīng)特性通過增益和相位圖展示，在(V_{IN}=24V)、負(fù)載電流為0.2A的條件下，能夠直觀地了解評(píng)估模塊的環(huán)路性能。

電壓紋波

輸出電壓紋波和輸入電壓紋波在不同工作模式（CCM、DCM、跳過模式）下進(jìn)行了測試。在額定滿載（0.2A）和(V_{IN}=24V)的條件下，輸出電壓紋波和輸入電壓紋波都有相應(yīng)的表現(xiàn)，通過直接測量輸出電容和輸入電容兩端的電壓來獲取數(shù)據(jù)。

啟動(dòng)與關(guān)機(jī)

啟動(dòng)和關(guān)機(jī)波形展示了評(píng)估模塊在電源接入和斷開時(shí)的工作情況。啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)輸入電壓達(dá)到欠壓鎖定閾值，輸出電壓開始以外部設(shè)定的速率上升至設(shè)定值；關(guān)機(jī)時(shí)，當(dāng)輸入電壓低于欠壓鎖定閾值或EN引腳接地，TPS54061關(guān)閉，輸出電壓降至0V。

電路板布局

布局設(shè)計(jì)

TPS54061EVM - 142的電路板布局采用了典型的用戶應(yīng)用方式。頂層包含(V{IN})、(V{OUT})和VPHASE的主要功率走線，以及TPS54061其余引腳的連接和大面積的接地區(qū)域；底層包含接地和BOOT電容的信號(hào)走線。頂層和底層以及內(nèi)部接地走線通過多個(gè)過孔連接，特別是在TPS54061器件下方有四個(gè)過孔，為頂層接地平面和底層接地平面提供了熱路徑。輸入去耦電容、自舉電容和頻率設(shè)定電阻都盡可能靠近集成電路，電壓設(shè)定點(diǎn)電阻分壓器組件也保持在靠近集成電路的位置。

估計(jì)電路面積

該設(shè)計(jì)中使用的組件估計(jì)印刷電路板面積為(0.214 in^2)（140 (mm^2)），不包括測試點(diǎn)和連接器。設(shè)計(jì)采用0603組件以便于修改，若使用更小尺寸的組件，面積還可進(jìn)一步減小。

原理圖與物料清單

原理圖

TPS54061EVM - 142的原理圖清晰展示了各個(gè)組件的連接方式，為工程師進(jìn)行電路分析和設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

物料清單

物料清單詳細(xì)列出了評(píng)估模塊所使用的各個(gè)組件的信息，包括電容、電阻、電感、集成電路等，以及它們的參數(shù)、尺寸、制造商和型號(hào)等。

注意事項(xiàng)

法規(guī)合規(guī)信息

該評(píng)估模塊可能受到聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）和加拿大工業(yè)部（IC）規(guī)則的約束。對(duì)于不符合相關(guān)規(guī)則的評(píng)估模塊，僅適用于工程開發(fā)、演示或評(píng)估目的，不適合一般消費(fèi)者使用。在使用過程中，若產(chǎn)生射頻干擾，用戶需自行采取措施進(jìn)行糾正。

安全與免責(zé)聲明

評(píng)估模塊僅用于實(shí)驗(yàn)室/開發(fā)環(huán)境的初步可行性評(píng)估，并非成品電氣設(shè)備，不適合消費(fèi)者使用。用戶需對(duì)產(chǎn)品的安全和合規(guī)性負(fù)責(zé)，遵守相關(guān)法規(guī)要求，采取合理的安全措施，確保使用過程中不會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失、人身傷害或死亡。同時(shí)，用戶需對(duì)EVM的電子組件和包裝材料進(jìn)行妥善處理和回收。

在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)這些詳細(xì)的信息和測試結(jié)果，更好地了解TPS54061EVM - 142評(píng)估模塊的性能，為電源管理電路的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供有力支持。你在使用這類評(píng)估模塊時(shí)，是否也遇到過類似的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。