TPS54239E降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

一、引言

在電子設備的電源設計中，降壓轉(zhuǎn)換器是常用的電路元件，能夠?qū)⑤^高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的較低輸出電壓。TI的TPS54239E是一款單通道、自適應導通時間、采用D - CAP2?模式的同步降壓轉(zhuǎn)換器，它具有所需外部元件數(shù)量少的優(yōu)點。D - CAP2控制電路針對低等效串聯(lián)電阻（ESR）的輸出電容器（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷電容）進行了優(yōu)化，具備快速瞬態(tài)響應且無需外部補償?shù)奶匦?。其?nèi)部設定的開關(guān)頻率標稱值為600kHz，還集成了高端和低端開關(guān)MOSFET以及柵極驅(qū)動電路，較低的MOSFET漏源導通電阻有助于實現(xiàn)高效率，并在高輸出電流時保持較低的結(jié)溫。此外，為了在輕載時進一步提高效率，它還具備脈沖跳躍Eco模式操作。TPS54239E直流/直流同步轉(zhuǎn)換器可在4.5V至23V的輸入電壓下提供高達2A的輸出電流，輸出電壓范圍為0.76V至7V。而TPS54239EEVM - 056評估模塊電路則可從4.5V至23V輸入提供1.05V/2A的輸出。

文件下載：TPS54239EEVM-056.pdf

二、性能規(guī)格總結(jié)

2.1 輸入輸出范圍

三、模塊修改

3.1 輸出電壓設定點

若要改變評估模塊（EVM）的輸出電壓，需要改變電阻R1的值。通過改變R1的值，可以將輸出電壓調(diào)整到0.765V以上。對于特定輸出電壓，R1的值可通過公式 (V_{O}=0.765×(1 + frac{R1}{R2})) 計算得出。表3 - 1列出了一些常見輸出電壓對應的R1值。對于1.8V及以上的較高輸出電壓，可能需要一個前饋電容（C4）來改善相位裕度，印刷電路板（PCB）上提供了該元件（C4）的焊盤。需要注意的是，表3 - 1中給出的電阻值是標準值，并非通過上述公式精確計算得出的值。

3.2 輸出濾波器和閉環(huán)響應

TPS54239E依靠輸出濾波器的特性來確?？刂骗h(huán)路的穩(wěn)定性。表3 - 1給出了常見輸出電壓推薦的輸出濾波器元件。其他輸出濾波器元件值也可能提供可接受的閉環(huán)特性。為了方便斷開控制環(huán)路并測量閉環(huán)響應，電路板上提供了R3和TP4。

四、測試設置與結(jié)果

4.1 輸入/輸出連接

4.2 啟動程序

1. 確保JP1（啟用控制）處的跳線從EN設置到OFF。
2. 將適當?shù)?(V{IN}) 電壓施加到J1的 (V{IN}) 和PGND端子。
3. 將JP1（啟用控制）處的跳線移動到覆蓋EN和ON，評估模塊將啟用輸出電壓。

4.3 效率

在環(huán)境溫度為25°C時，TPS54239EEVM - 056的效率曲線如圖4 - 1和圖4 - 2所示。圖4 - 1展示了不同輸入電壓下效率隨輸出電流的變化情況；圖4 - 2則顯示了輕載時的效率情況。通過觀察這些曲線，我們可以了解在不同工作條件下評估模塊的效率表現(xiàn)，從而為實際應用中的電源設計提供參考。大家可以思考一下，在實際應用中如何根據(jù)這些效率曲線來選擇合適的輸入電壓和輸出電流范圍，以達到最佳的能源利用效率呢？

4.4 負載調(diào)整率

TPS54239EEVM - 056的負載調(diào)整率如圖4 - 3所示，展示了在 (V{IN}=5V) 和 (V{IN}=12V) 時，負載調(diào)整率隨輸出電流的變化情況。負載調(diào)整率反映了輸出電壓隨負載電流變化的穩(wěn)定性，從圖中我們可以直觀地看到在不同輸入電壓和輸出電流下，輸出電壓的變化情況。這對于需要穩(wěn)定輸出電壓的應用場景非常重要，那么在實際設計中，如何根據(jù)負載調(diào)整率曲線來優(yōu)化電路以滿足應用需求呢？

4.5 線性調(diào)整率

圖4 - 4展示了TPS54239EEVM - 056的線性調(diào)整率，即在 (I_{OUT}=1.0A) 時，線性調(diào)整率隨輸入電壓的變化情況。線性調(diào)整率體現(xiàn)了輸出電壓隨輸入電壓變化的穩(wěn)定性，了解這一特性有助于我們在不同輸入電壓環(huán)境下確保輸出電壓的穩(wěn)定。在實際應用中，如果輸入電壓波動較大，我們該如何利用線性調(diào)整率的特性來保障電路的正常工作呢？

4.6 負載瞬態(tài)響應

圖4 - 5展示了TPS54239EEVM - 056對負載瞬態(tài)的響應情況，電流階躍從0.5A到1.5A。通過觀察負載瞬態(tài)響應曲線，我們可以評估評估模塊在負載突然變化時的動態(tài)性能，這對于一些對電源動態(tài)響應要求較高的應用場景（如高速數(shù)字電路）至關(guān)重要。那么在設計中，如何根據(jù)負載瞬態(tài)響應的特點來優(yōu)化電路，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性呢？

4.7 輸出電壓紋波

圖4 - 6、圖4 - 7和圖4 - 8分別展示了在輸出電流為額定滿載2A、50mA和0A（無負載）時，TPS54239EEVM - 056的輸出電壓紋波情況。輸出電壓紋波是衡量電源輸出質(zhì)量的重要指標之一，較小的紋波意味著更穩(wěn)定的輸出電壓。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的應用需求來控制輸出電壓紋波，那么有哪些方法可以有效降低輸出電壓紋波呢？

4.8 輸入電壓紋波

圖4 - 9展示了在輸出電流為額定滿載2A時，TPS54239EEVM - 056的輸入電壓紋波情況。輸入電壓紋波可能會影響電源的穩(wěn)定性和其他電路的正常工作，因此了解輸入電壓紋波的特性對于電源設計和系統(tǒng)穩(wěn)定性至關(guān)重要。在實際設計中，如何采取措施來減小輸入電壓紋波呢？

4.9 啟動

圖4 - 10和圖4 - 11展示了TPS54239EEVM - 056相對于 (V{IN}) 和EN的啟動波形（(R{LOAD}=1Ω)）。啟動過程的穩(wěn)定性對于系統(tǒng)的正常運行非常重要，通過觀察啟動波形，我們可以分析啟動過程中輸出電壓、輸入電壓和使能信號等的變化情況，從而優(yōu)化啟動電路的設計。那么在實際設計中，如何根據(jù)啟動波形來調(diào)整啟動參數(shù)，以確保系統(tǒng)能夠平穩(wěn)啟動呢？

4.10 關(guān)機

圖4 - 12和圖4 - 13展示了TPS54239EEVM - 056相對于 (V{IN}) 和EN的關(guān)機波形（(R{LOAD}=1Ω)）。了解關(guān)機過程的特性有助于我們在系統(tǒng)關(guān)機時確保電源的安全和穩(wěn)定，避免出現(xiàn)異常情況。在實際應用中，我們可以根據(jù)關(guān)機波形來優(yōu)化關(guān)機電路的設計，那么有哪些關(guān)鍵因素需要考慮呢？

五、電路板布局

5.1 布局

TPS54239EEVM - 056的電路板布局如圖5 - 1至圖5 - 5所示。頂層包含 (V{IN})、(V{O}) 和接地的主要電源走線，還包括TPS54239E引腳的連接以及大面積的接地填充。許多信號走線也位于頂層，輸入去耦電容盡可能靠近IC放置。輸入和輸出連接器、測試點以及所有組件都位于頂層，頂層還提供了一個模擬接地（GND）區(qū)域，模擬接地（GND）和電源接地（PGND）在頂層靠近C6的單點連接。兩個內(nèi)層完全用于電源接地平面，底層主要是電源接地，底層的銅澆鑄區(qū)域用于將開關(guān)節(jié)點（SW）連接到輸出電感器和升壓電容，走線還連接了使能控制跳線、EN、VREG5、LOOP測試點以及從 (V_{OUT}) 到電壓設定點分壓網(wǎng)絡的反饋走線。合理的電路板布局對于降低電磁干擾、提高電路性能和穩(wěn)定性非常重要，大家在實際設計中是否有遇到過因為電路板布局不合理而導致的問題呢？

六、原理圖、物料清單和參考資料

6.1 原理圖

圖6 - 1為TPS54239EEVM - 056的原理圖，通過原理圖我們可以清晰地了解電路的結(jié)構(gòu)和各個元件之間的連接關(guān)系，這對于電路的分析和調(diào)試非常有幫助。在實際設計中，我們可以根據(jù)原理圖進行電路的仿真和優(yōu)化，那么如何利用原理圖來進行電路的故障排查呢？

6.2 物料清單

表6 - 1列出了TPS54239EEVM - 056的物料清單，包括各個元件的數(shù)量、值、描述、尺寸、零件編號和制造商等信息。準確的物料清單對于采購和組裝電路板非常重要，在實際采購過程中，我們需要注意元件的參數(shù)和兼容性，以確保電路的正常工作。那么在選擇元件時，除了參數(shù)和兼容性，還需要考慮哪些因素呢？

6.3 參考資料

參考資料為“Texas Instruments, TPS54239E, 4.5 V to 23 V Input, 2 - A Synchronous Step - Down SWIFT? Converter with Eco - Mode? Data Sheet”，這份數(shù)據(jù)手冊提供了關(guān)于TPS54239E更詳細的技術(shù)信息，在進行電路設計和分析時，我們可以參考該數(shù)據(jù)手冊來獲取更多的技術(shù)細節(jié)和應用建議。

七、修訂歷史

從2013年1月的版本到2021年10月的版本，文檔進行了一些更新，包括更新了表格、圖形和交叉引用的編號格式，以及更新了用戶指南的標題。了解修訂歷史有助于我們了解文檔的發(fā)展和變化，同時也能讓我們更好地理解當前版本的內(nèi)容。

通過對TPS54239E降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊的詳細介紹，我們對其性能、使用方法和設計要點有了更深入的了解。在實際的電子設計中，我們可以根據(jù)這些信息來選擇合適的降壓轉(zhuǎn)換器，并進行合理的電路設計和優(yōu)化，以滿足不同應用場景的需求。大家在使用類似的降壓轉(zhuǎn)換器時，是否有自己獨特的設計經(jīng)驗和技巧呢？歡迎在評論區(qū)分享。