深入解析TPS54672/872/972評估模塊

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和可靠性至關(guān)重要。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的TPS54672/872/972評估模塊（EVM），了解其特點、性能和使用方法。

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模塊概述

TPS54672/872/972評估模塊使用同步降壓跟蹤/終端調(diào)節(jié)器，能夠在不同輸入電壓下提供穩(wěn)定的輸出電壓。該模塊旨在展示使用TPS54x72系列調(diào)節(jié)器設(shè)計時可實現(xiàn)的小PCB面積。其開關(guān)頻率標(biāo)稱設(shè)置為700kHz，允許使用小尺寸的0.65μH輸出電感器。此外，MOSFET集成在TPS54x72封裝內(nèi)，無需外部MOSFET及其相關(guān)驅(qū)動器，降低了成本和設(shè)計復(fù)雜度。

輸入輸出范圍

不同型號的評估模塊具有不同的輸入電壓和輸出電流范圍：

• TPS54672EVM - 222：輸入電壓范圍為3.0V至6.0V，輸出電流范圍為 - 6A至6A。
• TPS54872EVM - 222：輸入電壓范圍為4.0V至6.0V，輸出電流范圍為 - 8A至8A。
• TPS54972EVM - 222：輸入電壓范圍為3.0V至4.0V，輸出電流范圍為 - 9A至9A。

性能規(guī)格

模塊修改

輸出電壓調(diào)整

通過改變(V{(DDQ)})電壓從0.92V到3.5V，可以將輸出電壓調(diào)整在0.46V至1.75V范圍內(nèi)。若要獲得高于1.75V的輸出電壓，可以修改REFIN電壓分壓器R6和R7，并使用R1和R9電壓分壓器將輸出反饋電壓縮放至VSENSE引腳。為保持輸出跟蹤速率為(V{(DDQ)})輸入的一半，R6/R7分壓器應(yīng)將(V{(DDQ)})縮放四倍，R1/R9分壓器應(yīng)將(V{(TTQ)})縮放兩倍。具體操作是將R6替換為30.1kΩ電阻，并添加10kΩ的R9電阻。

開關(guān)頻率調(diào)整

開關(guān)頻率可以通過改變R5的值在280kHz至700kHz之間進(jìn)行調(diào)整。降低開關(guān)頻率會增加輸出紋波，除非增加L1的值。頻率調(diào)整電阻選擇圖（Figure 1 - 1）可用于確定合適的R5值。

輸出濾波器配置

TPS54x72EVM - 222 EVM支持通過PCB背面的焊盤進(jìn)行替代輸出濾波器配置。C15、C16和C17的位置可容納多達(dá)三個電解型表面貼裝電容器，L2的位置可容納流行的電感器，如Vishay IHLP - 5050系列。由于輸出濾波器的變化會影響整體環(huán)路響應(yīng)，用戶可能需要更改補償網(wǎng)絡(luò)（R1、R2、R3、C1、C2和C3）的值。反饋路徑中的0Ω電阻R8可方便地用于斷開環(huán)路以測試補償值的變化。

測試設(shè)置與結(jié)果

輸入輸出連接

TPS54x72EVM - 222有四個輸入/輸出連接：輸入、輸入返回、輸出和輸出返回。應(yīng)使用能夠提供6A電流的電源通過一對20AWG電線連接到J1，負(fù)載通過一對16AWG電線連接到J2。為減少電線損耗，應(yīng)盡量縮短電線長度。測試點TP7可方便地連接示波器電壓探頭以監(jiān)測輸出電壓。

效率

該模塊的效率在負(fù)載電流約為2A時達(dá)到峰值，然后隨著負(fù)載電流接近滿載而降低。在環(huán)境溫度為25°C時，5V（TPS54672、TPS54872）和3.3V（TPS54972）輸入的效率如圖2 - 2所示。由于MOSFET的漏源電阻隨溫度變化，效率在較高環(huán)境溫度下會降低。此外，700kHz的開關(guān)頻率下效率略低于較低開關(guān)頻率，這是由于MOSFET的柵極和開關(guān)損耗。

功率耗散

PWP封裝的低結(jié)殼熱阻和良好的電路板布局使得TPS54x72EVM - 222 EVM能夠在輸出全額定負(fù)載電流的同時保持安全的結(jié)溫。在3.3V輸入源和6A負(fù)載下，結(jié)溫約為60°C，殼溫約為55°C。圖2 - 3顯示了25°C時的總電路損耗。對于給定的輸出電流，TPS54972由于MOSFET的較低漏源導(dǎo)通電阻而耗散的功率較少。

輸出電壓調(diào)節(jié)

輸出電壓的負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)如圖2 - 4和圖2 - 5所示，測量在環(huán)境溫度為25°C下進(jìn)行。

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

TPS54x72EVM - 222對負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)如圖2 - 6、圖2 - 7和圖2 - 8所示，電流階躍為最大額定負(fù)載的25%至75%。

源 - 沉瞬態(tài)響應(yīng)

該模塊對源 - 沉電流瞬態(tài)的響應(yīng)如圖2 - 9、圖2 - 10和圖2 - 11所示，電流階躍為最大額定負(fù)載的 - 50%至50%。

環(huán)路特性

TPS54x72EVM - 222的環(huán)路響應(yīng)特性如圖2 - 12至圖2 - 17所示，展示了每個器件在最小和最大工作電壓下的增益和相位圖。

輸出電壓紋波

各器件的輸出電壓紋波如圖2 - 18、圖2 - 19和圖2 - 20所示，輸入電壓分別為3.3V（TPS54672和TPS54972）和5V（TPS54872），輸出電流為額定滿載。

輸入電壓紋波

各器件的輸入電壓紋波如圖2 - 21、圖2 - 22和圖2 - 23所示，輸入電壓和輸出電流條件與輸出電壓紋波測試相同。

啟動

TPS54x72EVM - 222的啟動電壓波形如圖2 - 24、圖2 - 25和圖2 - 26所示。輸入電壓上升到啟動電壓閾值（TPS54672為2.9V，TPS54872為3.8V）以上后，約有3.6ms的延遲，輸出電壓才開始上升到最終值1.25V。

電路板布局

TPS54x72EVM - 222的電路板布局如圖3 - 1至圖3 - 6所示。頂層包含(V{1})、(V{O})和(V_{(phase)})的主電源走線，以及TPS54x72其余引腳的連接和大面積的接地平面。兩個內(nèi)層是相同的專用接地平面。底層包含用于可選替代輸出濾波器的焊盤，包括三個D3或D4尺寸的電解電容器和一個0.5in. x 0.5in.尺寸的電感器的空間。頂層和底層的接地走線通過45個過孔連接到內(nèi)層接地平面，其中12個過孔直接位于TPS54x72器件下方，為PowerPAD?焊盤提供熱路徑到地。輸入去耦電容器（C4和C8）、偏置去耦電容器（C9）和自舉電容器（C6）都盡可能靠近IC放置，補償組件也靠近IC。補償電路在調(diào)節(jié)點與輸出電壓相連，靠近高頻旁路輸出電容器。

原理圖和物料清單

原理圖

TPS54x72EVM - 222的原理圖如圖4 - 1所示。

物料清單

物料清單如表4 - 1所示，包含了各種電容、電阻、電感、連接器、測試點等組件的詳細(xì)信息。

總結(jié)

TPS54672/872/972評估模塊是一款性能出色的電源管理模塊，具有小尺寸、高效率和良好的調(diào)節(jié)性能。通過合理的修改和配置，可以滿足不同應(yīng)用的需求。在使用過程中，需要注意輸入輸出電壓范圍、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等參數(shù)，以確保模塊的穩(wěn)定運行。你在實際設(shè)計中是否使用過類似的評估模塊？遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。