TPS54294 降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊使用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片是至關(guān)重要的組件，它直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。德州儀器（Texas Instruments）的 TPS54294 降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（TPS54294EVM）就是一款備受關(guān)注的產(chǎn)品。今天，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這款評(píng)估模塊。

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1. 產(chǎn)品概述

TPS54294 是一款雙路、自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間、D - CAP2? 模式的同步降壓轉(zhuǎn)換器，具有低外部組件數(shù)量的特點(diǎn)。其 D - CAP2? 控制電路針對(duì)低 ESR 輸出電容（如 POSCAP、SP - CAP 或陶瓷類型）進(jìn)行了優(yōu)化，具備快速瞬態(tài)響應(yīng)且無(wú)需外部補(bǔ)償。內(nèi)部設(shè)定的開關(guān)頻率標(biāo)稱值為 700 kHz，并且在 TPS54294 封裝內(nèi)集成了高端和低端開關(guān) MOSFET 以及柵極驅(qū)動(dòng)電路。MOSFET 的低漏源導(dǎo)通電阻使得 TPS54294 能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并有助于在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。此外，它還具備自動(dòng)跳過(guò) Eco - mode 操作，可提高輕載效率。

TPS54294 雙路 DC/DC 同步轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)用于從 4.5 V 至 18 V 的輸入電壓源提供高達(dá) 2×2 A 的輸出，輸出電壓范圍為 0.76 V 至 7 V。TPS54294EVM 評(píng)估模塊則是一款雙路同步降壓轉(zhuǎn)換器，能從 4.5 V 至 18 V 的輸入提供 1.2 V 和 3.3 V、2 A 的輸出。

2. 性能規(guī)格總結(jié)

TPS54294EVM 的性能規(guī)格總結(jié)如下表所示，除非另有說(shuō)明，測(cè)試條件為輸入電壓 (V_{INx}=12V)，輸出電壓為 1.2 V 和 3.3 V，環(huán)境溫度為 25°C。

從這些數(shù)據(jù)中，我們可以看出 TPS54294EVM 在輸入電壓范圍、輸出電流范圍以及效率等方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)這些參數(shù)來(lái)判斷該模塊是否滿足自己的需求。

3. 模塊修改

3.1 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

若要更改 EVM 的輸出電壓，需要改變反饋分壓器的上拉電阻 R1 或 R3 的值。可參考圖 5 - 1 中的頂層組件來(lái)定位靠近輸出連接器的電阻。改變 R1 或 R3 的值可以將輸出電壓調(diào)整到 0.765 V 以上，特定輸出電壓下 R1 或 R3 的值可使用公式 (V{OUT 1}=0.765 V timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right) ; V{OUT 2}=0.765 V timesleft(1+frac{R 3}{R 4}right)) 計(jì)算。

表 3 - 1 列出了一些常見(jiàn)輸出電壓對(duì)應(yīng)的 R1 或 R3 值。對(duì)于 1.8 V 及以上的輸出電壓，可能需要一個(gè)前饋電容（C21 或 C20）來(lái)改善相位裕度，印刷電路板上提供了該組件的焊盤。需要注意的是，表 3 - 1 中給出的電阻值是標(biāo)準(zhǔn)值，并非使用上述公式精確計(jì)算的值。

3.2 輸出濾波器和閉環(huán)響應(yīng)

TPS54294 依賴輸出濾波器特性來(lái)確保控制環(huán)路的穩(wěn)定性。表 3 - 1 給出了常見(jiàn)輸出電壓推薦的輸出濾波器組件。其他輸出濾波器組件值也可能提供可接受的閉環(huán)特性。R11 和 R12 方便用于斷開控制環(huán)路并測(cè)量閉環(huán)響應(yīng)。

4. 測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

4.1 輸入/輸出連接

TPS54294EVM 配備了輸入/輸出連接器和測(cè)試點(diǎn)，具體信息如下表所示。必須通過(guò)一對(duì) 20 AWG 電線將能夠提供 4 A 電流的電源連接到 J1，負(fù)載必須通過(guò)一對(duì) 20 AWG 電線連接到 J3 和/或 J2，最大負(fù)載電流能力為 2×2 A。為減少電線中的損耗，應(yīng)盡量縮短電線長(zhǎng)度。測(cè)試點(diǎn) TP1 用于監(jiān)測(cè)輸入電壓 ((V_{IN}))，TP7 提供方便的接地參考；TP4 和 TP3 用于監(jiān)測(cè)輸出電壓，TP5 和 TP6 作為接地參考。

4.2 啟動(dòng)程序

啟動(dòng)步驟如下：

1. 確保 J4 和/或 J5（啟用控制）處的跳線設(shè)置為從 ENx 到 off。
2. 將適當(dāng)?shù)?(V{IN}) 電壓施加到 J1 處的 (V{IN}) 和 PGND 端子。
3. 將 J4 和/或 J5（啟用控制）處的跳線移動(dòng)到覆蓋 ENx 和 on，EVM 將啟用相應(yīng)的輸出電壓。

4.3 效率

在 25°C 的環(huán)境溫度下，轉(zhuǎn)換器 1 和轉(zhuǎn)換器 2 的效率曲線分別如圖 4 - 1 和圖 4 - 2 所示。從曲線中我們可以直觀地看到不同輸入電壓和輸出電流下的效率情況。這對(duì)于評(píng)估模塊在不同工作條件下的能耗表現(xiàn)非常有幫助。大家在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)負(fù)載電流的大小來(lái)選擇合適的輸入電壓，以達(dá)到較高的效率。

4.4 負(fù)載調(diào)整率

轉(zhuǎn)換器 1 和轉(zhuǎn)換器 2 的負(fù)載調(diào)整率分別如圖 4 - 3 和圖 4 - 4 所示。轉(zhuǎn)換器 1 的負(fù)載調(diào)整率獨(dú)立于轉(zhuǎn)換器 2 的負(fù)載，而轉(zhuǎn)換器 2 在 5V 輸入電壓時(shí)，其輸出電壓對(duì)轉(zhuǎn)換器 1 的負(fù)載有一定的依賴性。通過(guò)這些曲線，我們可以了解到輸出電壓隨負(fù)載電流變化的情況，從而在設(shè)計(jì)電路時(shí)更好地進(jìn)行負(fù)載匹配。

4.5 線路調(diào)整率

轉(zhuǎn)換器 1 和轉(zhuǎn)換器 2 的線路調(diào)整率分別如圖 4 - 5 和圖 4 - 6 所示。轉(zhuǎn)換器 1 在整個(gè)線路和負(fù)載范圍內(nèi)的精度在 1% 以內(nèi)，轉(zhuǎn)換器 2 在輸入電壓高于 7V 時(shí)，輸出電壓精度在 1% 以內(nèi)，低于 7V 時(shí)仍在 5% 以內(nèi)。這表明該模塊在不同輸入電壓下對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定控制能力較強(qiáng)。

4.6 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

轉(zhuǎn)換器 1 和轉(zhuǎn)換器 2 對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)分別如圖 4 - 7 和圖 4 - 8 所示。通過(guò)觀察這些響應(yīng)曲線，我們可以評(píng)估模塊在負(fù)載突然變化時(shí)的動(dòng)態(tài)性能，確保系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

4.7 輸出電壓紋波

轉(zhuǎn)換器 1 和轉(zhuǎn)換器 2 在不同工作狀態(tài)下的輸出電壓紋波情況分別如圖 4 - 9 至圖 4 - 14 所示。包括額定滿載、Eco - mode 啟動(dòng)時(shí)以及無(wú)負(fù)載時(shí)的紋波情況。輸出電壓紋波是衡量電源質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，較小的紋波可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4.8 輸入電壓紋波

TPS54294EVM 的輸入電壓紋波如圖 4 - 15 所示，輸出電流為額定滿載電流 2 A。輸入電壓紋波的大小會(huì)影響模塊的性能，通過(guò)觀察紋波情況，可以采取相應(yīng)的措施來(lái)降低紋波，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.9 啟動(dòng)和關(guān)閉

轉(zhuǎn)換器 1 和轉(zhuǎn)換器 2 相對(duì)于 (V_{IN}) 和 ENx 的啟動(dòng)和關(guān)閉波形分別如圖 4 - 16 至圖 4 - 23 所示。了解這些波形有助于我們掌握模塊在啟動(dòng)和關(guān)閉過(guò)程中的特性，避免出現(xiàn)異常情況。

5. 電路板布局

5.1 布局

TPS54294EVM 的電路板布局如圖 5 - 1 至圖 5 - 6 所示。頂層包含 (V{IN}) 和 (V{OUTx}) 的主要電源走線，同時(shí)還有 TPS54294 引腳的連接以及大面積的接地區(qū)域。許多信號(hào)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(cè)試點(diǎn)以及所有組裝組件都位于頂層，頂層還提供了一個(gè)模擬接地（GND）區(qū)域，模擬接地（GND）和電源接地（PGND）在頂層靠近 IC 的單點(diǎn)連接。其他層主要是電源接地，但底層有一些走線用于連接 SSx 和 ENx 的測(cè)試點(diǎn)。合理的電路板布局對(duì)于模塊的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要，大家在設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮這些因素。

6. 原理圖、物料清單和參考資料

6.1 原理圖

圖 6 - 1 是 TPS54294EVM 的原理圖，通過(guò)原理圖我們可以清晰地了解模塊的電路結(jié)構(gòu)和信號(hào)流向，為進(jìn)一步的電路分析和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

6.2 物料清單

物料清單（BOM）如下表所示，詳細(xì)列出了模塊中各個(gè)組件的信息，包括數(shù)量、參考標(biāo)號(hào)、值、描述、尺寸、零件編號(hào)和制造商等。當(dāng)需要對(duì)模塊進(jìn)行維修或改進(jìn)時(shí)，物料清單可以幫助我們準(zhǔn)確地找到所需的組件。

需要注意的是，當(dāng)輸出電壓設(shè)置高于 4 V 時(shí)，C14 - C19 必須更換為具有更高電壓額定值的電容。

6.3 參考資料

參考資料為德州儀器的 TPS54294 數(shù)據(jù)手冊(cè)，其中包含了 2 - A 雙通道同步降壓開關(guān)器（集成 FET）的詳細(xì)信息，大家在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以參考該手冊(cè)獲取更多技術(shù)細(xì)節(jié)。

綜上所述，TPS54294EVM 評(píng)估模塊是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的電源管理模塊。通過(guò)對(duì)其性能規(guī)格、測(cè)試結(jié)果、電路板布局等方面的了解，我們可以更好地將其應(yīng)用到實(shí)際的電子設(shè)計(jì)中。大家在使用過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。