TPS54202H降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊用戶指南解讀

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的TPS54202H降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（TPS54202HEVM - 716），為各位電子工程師提供詳細(xì)的技術(shù)分析和設(shè)計(jì)參考。

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1. 背景介紹

1.1 TPS54202H簡(jiǎn)介

TPS54202H是一款直流 - 直流（dc/dc）轉(zhuǎn)換器，能夠在4.2V至28V的輸入電壓源下提供高達(dá)2A的輸出電流。其內(nèi)部集成了高端和低端MOSFET以及門驅(qū)動(dòng)電路，MOSFET的低漏源導(dǎo)通電阻使得該轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。開(kāi)關(guān)頻率內(nèi)部設(shè)定為標(biāo)稱500kHz，補(bǔ)償組件集成在集成電路（IC）中，通過(guò)外部分壓器可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)。此外，TPS54202H還提供可調(diào)的欠壓鎖定輸入。評(píng)估模塊的絕對(duì)最大輸入電壓為30V。

1.2 性能規(guī)格總結(jié)

1.3 模塊修改

1.3.1 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

通過(guò)改變電阻R3的值可以調(diào)整評(píng)估模塊的輸出電壓。計(jì)算公式為： [R 3=frac{R 2 × 0.596 V}{V{OUT }-0.596 V}] 其中R2取值100kΩ。表1 - 3列出了一些常見(jiàn)輸出電壓對(duì)應(yīng)的R2和R3值。需要注意的是，輸入電壓 (V{IN}) 必須在一定范圍內(nèi)，以確保最小導(dǎo)通時(shí)間大于150ns。

1.3.2 輸出電容和前饋電容

為了保證環(huán)路穩(wěn)定性，在不考慮前饋電容C8的情況下，選擇交叉頻率小于40kHz。交叉頻率的簡(jiǎn)單估算公式為： [f{o}=frac{3.95}{V{OUT } × C{OUT }}] 當(dāng)輸出電容 (C{OUT}) 主要為低等效串聯(lián)電阻（ESR）的陶瓷電容時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致低相位裕度。為了提高相位裕度，可以在R2上并聯(lián)一個(gè)外部前饋電容C8，其計(jì)算公式為： [C 8=frac{1}{2 pi f{0}} × frac{1}{R{2}}] 對(duì)于本設(shè)計(jì)， (C 8 = 75pF) 。當(dāng) (C{OUT}) 具有高ESR時(shí)，不需要C8；當(dāng) (C{OUT}) 具有中等ESR時(shí)，應(yīng)減小根據(jù)公式計(jì)算得到的C8值。

1.3.3 使能（ENABLE）

EN引腳到地之間有一個(gè)內(nèi)部1MΩ的電阻，因此可以將EN引腳浮空來(lái)關(guān)閉芯片。為了使能芯片，需要在VIN和EN之間連接一個(gè)上拉電阻（范圍為200kΩ至1MΩ，典型值為510kΩ），以限制EN輸入電流，提高輕載效率。

2. 測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

TPS54202HEVM - 716提供了輸入/輸出連接器和測(cè)試點(diǎn)。必須使用一對(duì)20 - AWG的電線將能夠提供2A電流的電源連接到J1，負(fù)載則通過(guò)另一對(duì)20 - AWG的電線連接到J2。為了充分發(fā)揮評(píng)估模塊的性能，負(fù)載的最大電流能力至少應(yīng)為3A。同時(shí)，應(yīng)盡量縮短電線長(zhǎng)度，以減少電線中的損耗。測(cè)試點(diǎn)TP1用于監(jiān)測(cè)輸入電壓 (V_{IN}) ，TP2作為接地參考；TP6用于監(jiān)測(cè)輸出電壓，TP7作為接地參考。

2.2 效率

評(píng)估模塊的效率在負(fù)載電流約為0.5A - 1A時(shí)達(dá)到峰值，然后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。在較高的環(huán)境溫度下，由于內(nèi)部MOSFET的漏源電阻隨溫度變化，效率可能會(huì)降低。

2.3 輸出電壓負(fù)載調(diào)整率

在環(huán)境溫度為25°C時(shí)，對(duì)輸出電壓負(fù)載調(diào)整率進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，在不同的輸入電壓和輸出電流條件下，負(fù)載調(diào)整率保持在±0.5%以內(nèi)。

2.4 輸出電壓線性調(diào)整率

同樣在25°C的環(huán)境溫度下，測(cè)試了輸出電壓線性調(diào)整率。當(dāng)輸出電流為1A，輸入電壓在8V至28V之間變化時(shí)，線性調(diào)整率也在±0.5%以內(nèi)。

2.5 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

在24V輸入電壓下，當(dāng)負(fù)載電流從25%躍變到75%的最大額定負(fù)載時(shí)，輸出電壓的總峰 - 峰電壓變化包括紋波和噪聲。

2.6 輸出電壓紋波

分別測(cè)試了滿載、跳模式、輕載和無(wú)負(fù)載情況下的輸出電壓紋波。紋波電壓直接在輸出電容兩端測(cè)量。

2.7 輸入電壓紋波

當(dāng)輸出電流為額定滿載2A，輸入電壓 (V_{IN}) 為24V時(shí)，測(cè)量了輸入電壓紋波。紋波電壓直接在輸入電容兩端測(cè)量。

2.8 上電

當(dāng)輸入電壓達(dá)到欠壓鎖定（UVLO）閾值時(shí)，輸出電壓開(kāi)始上升；或者通過(guò)在EN和地之間施加3.3V邏輯信號(hào)來(lái)抑制輸出，當(dāng)EN電壓達(dá)到使能閾值電壓時(shí)，啟動(dòng)序列開(kāi)始，輸出電壓上升到外部設(shè)定的5V。

2.9 斷電

當(dāng)輸入電壓低于UVLO停止閾值時(shí)，輸出電壓下降；或者通過(guò)在EN和地之間施加3.3V邏輯信號(hào)來(lái)抑制輸出。

3. 電路板布局

TPS54202HEVM - 716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}) 、 (Vout) 和SW的主要電源走線，以及TPS54202H其余引腳的連接和大面積的接地區(qū)域。為了將主輸入旁路電容盡可能靠近 (V{IN}) 和GND引腳放置，SW走線在引腳3連接處立即路由到底層，并在L1電感和C4自舉電容處路由回頂層。底層包含一個(gè)接地平面和SW的銅填充區(qū)域，以及連接電壓設(shè)定點(diǎn)分壓器上電阻到J2輸出連接器調(diào)節(jié)點(diǎn)的蝕刻走線，和連接UVLO設(shè)定點(diǎn)分壓器網(wǎng)絡(luò)上電阻到 (VIN) 的走線。頂層接地區(qū)域通過(guò)多個(gè)過(guò)孔與底層和內(nèi)部接地平面相連，為頂層接地區(qū)域提供熱路徑。輸入去耦電容（C2和C1）和自舉電容（C4）都盡可能靠近IC放置，電壓設(shè)定點(diǎn)電阻分壓器組件也保持靠近IC。

4. 原理圖和物料清單

4.1 原理圖

提供了TPS54202HEVM - 716的詳細(xì)原理圖，清晰展示了各個(gè)組件的連接關(guān)系。

4.2 物料清單

列出了評(píng)估模塊所需的所有組件，包括電容、電阻、電感、連接器、測(cè)試點(diǎn)等的詳細(xì)信息，如數(shù)量、值、描述、封裝、參考零件編號(hào)和制造商等。

總結(jié)

TPS54202H降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊具有高性能、高效率和易于修改的特點(diǎn)，適用于各種電源管理應(yīng)用。通過(guò)本文的詳細(xì)介紹，相信各位電子工程師對(duì)該評(píng)估模塊有了更深入的了解。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)具體需求對(duì)模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮驼{(diào)整，以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景。你在使用類似電源管理模塊時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。