TPS54231 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

一、引言

在電子設(shè)計中，電源模塊的性能和設(shè)計是至關(guān)重要的。TPS54231 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊（TPS54231EVM - 372）為工程師們提供了一個便捷的平臺，用于評估 TPS54231 芯片的性能。本指南將詳細(xì)介紹該評估模塊的背景、性能規(guī)格、測試設(shè)置、結(jié)果以及電路板布局等方面的內(nèi)容。

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1.1 背景

TPS54231 是一款 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，能夠在 3.5V 至 28V 的輸入電壓下提供高達(dá) 2A 的輸出電流。評估模塊的輸入電壓范圍為 7V 至 28V，輸出電流范圍為 0A 至 2A。其開關(guān)頻率內(nèi)部設(shè)定為標(biāo)稱 570kHz，內(nèi)部集成了高端 MOSFET 和柵極驅(qū)動電路。低導(dǎo)通電阻的 MOSFET 有助于實現(xiàn)高效率，并在高輸出電流時保持較低的結(jié)溫。補(bǔ)償組件位于集成電路外部，通過外部分壓電路可實現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)。此外，TPS54231 還提供了可調(diào)的軟啟動和欠壓鎖定輸入功能。該評估模塊的絕對最大輸入電壓為 30V。

1.2 性能規(guī)格總結(jié)

1.3 修改

該評估模塊可以進(jìn)行一些修改，例如改變輸出電壓設(shè)定點。要改變 EVM 的輸出電壓，需要改變電阻 (R{6}) 的值。可使用公式 (R{6}=10.2kΩ × frac{0.8V}{V{OUT}-0.8V}) 計算特定輸出電壓下 (R{6}) 的值。表 1 - 3 列出了一些常見輸出電壓對應(yīng)的 (R{6}) 值，需注意 (V{IN}) 必須在一定范圍內(nèi)，以確保最小導(dǎo)通時間大于 130ns，最大占空比小于 91%。

二、測試設(shè)置與結(jié)果

2.1 輸入/輸出連接

TPS54231EVM - 372 配備了輸入/輸出連接器和測試點。需要使用能夠提供 2A 電流的電源通過一對 20AWG 電線連接到 J1，負(fù)載通過一對 20AWG 電線連接到 J4，最大負(fù)載電流能力為 2A。應(yīng)盡量縮短電線長度以減少電線損耗。測試點 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。

2.2 效率

該 EVM 的效率在負(fù)載電流約為 0.5A - 1A 時達(dá)到峰值，然后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。在較高環(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，TPS54231EVM - 372 的負(fù)載調(diào)整率表現(xiàn)良好。

2.4 輸出電壓線性調(diào)整率

線性調(diào)整率的測試結(jié)果展示了輸入電壓變化時輸出電壓的穩(wěn)定性。

2.5 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

TPS54231EVM - 372 對負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)表現(xiàn)出一定的特性，如在輸入電壓為 15V 時，電流從最大額定負(fù)載的 25% 躍變到 75% 時，輸出電壓的總峰 - 峰電壓變化包括紋波和噪聲。

2.6 環(huán)路特性

環(huán)路響應(yīng)特性的增益和相位圖展示了在 (V_{IN}=15V)，負(fù)載電流為 1A 時的情況。

2.7 輸出電壓紋波

在輸出電流為額定滿載 2A 且 (V_{IN}=15V) 時，直接跨接輸出電容器測量得到輸出電壓紋波。

2.8 輸入電壓紋波

同樣在輸出電流為額定滿載 2A 且 (V_{IN}=15V) 時，直接跨接輸入電容器測量得到輸入電壓紋波。

2.9 上電

啟動波形展示了 (V{IN})、EN（使能）和輸出電壓 (V{OUT}) 之間的關(guān)系。當(dāng) EN 電壓達(dá)到 1.25V 的使能閾值電壓時，啟動序列開始，內(nèi)部參考電壓以內(nèi)部設(shè)定的速率向 0.8V 斜坡上升，輸出電壓上升到外部設(shè)定的 3.3V。

2.10 節(jié)能模式操作

在輕負(fù)載電流下，TPS54231 設(shè)計為以脈沖跳過的節(jié)能模式運(yùn)行。當(dāng)峰值電感電流低于典型值 100mA 時，設(shè)備進(jìn)入節(jié)能模式。

2.11 熱特性

在輸入電壓為 28V、負(fù)載為 2A 的最壞情況下，無氣流且環(huán)境溫度為 25°C 時，IC 的峰值溫度（85.8°C）遠(yuǎn)低于數(shù)據(jù)手冊中列出的最大推薦工作溫度 150°C。

三、電路板布局

3.1 布局

TPS54231EVM - 372 的電路板布局分為頂層和底層。頂層包含 (V{IN})、(V{OUT}) 和 VPHASE 的主要功率走線，以及 TPS54231 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 電容器的信號走線。頂層和底層以及內(nèi)部接地走線通過多個過孔連接，包括 TPS54231 器件正下方的十個過孔，以提供從頂層接地平面到底層接地平面的熱路徑。輸入去耦電容器和自舉電容器盡可能靠近 IC 放置，電壓設(shè)定點電阻分壓器組件也靠近 IC。

3.2 估計電路面積

該設(shè)計中使用的組件的估計印刷電路板面積為 (0.68in^{2})，此面積不包括測試點或連接器。

四、原理圖和物料清單

4.1 原理圖

提供了 TPS54231EVM - 372 的原理圖，方便工程師進(jìn)行電路分析和設(shè)計參考。

4.2 物料清單

詳細(xì)列出了 TPS54231EVM - 372 的物料清單，包括每個組件的數(shù)量、參考編號、值、描述、尺寸、零件編號和制造商等信息。

五、修訂歷史

從 2008 年 8 月的版本到 2021 年 10 月的版本，主要更新了文檔中表格、圖形和交叉引用的編號格式以及用戶指南的標(biāo)題。

作為電子工程師，在使用 TPS54231 降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊時，你是否會根據(jù)這些性能規(guī)格和測試結(jié)果來優(yōu)化你的電源設(shè)計呢？歡迎在評論區(qū)分享你的想法和經(jīng)驗。