TPS54339E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，降壓轉(zhuǎn)換器是常見(jiàn)且關(guān)鍵的組件，能夠?qū)⒏唠妷恨D(zhuǎn)換為低電壓，滿足不同電子設(shè)備的供電需求。德州儀器（Texas Instruments）的TPS54339E降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊（TPS54339EEVM - 056）就是一款性能出色的產(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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一、TPS54339E簡(jiǎn)介

TPS54339E是一款單路、自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間、D - CAP2?模式的同步降壓轉(zhuǎn)換器，它的一大優(yōu)勢(shì)是所需的外部組件數(shù)量較少。其D - CAP2控制電路針對(duì)低等效串聯(lián)電阻（ESR）輸出電容器進(jìn)行了優(yōu)化，像POSCAP、SP - CAP或陶瓷類型的電容器都適用，并且具有快速瞬態(tài)響應(yīng)，無(wú)需外部補(bǔ)償。該轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率內(nèi)部設(shè)定為標(biāo)稱600 kHz，其高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)MOSFET以及柵極驅(qū)動(dòng)電路都集成在TPS54339E封裝內(nèi)。MOSFET較低的漏源導(dǎo)通電阻使得TPS54339E能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，在高輸出電流時(shí)也有助于保持較低的結(jié)溫。此外，為了進(jìn)一步提高輕載效率，它還具備脈沖跳躍Eco模式操作。

二、性能規(guī)格總結(jié)

三、模塊修改

3.1 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

需要注意的是，對(duì)于1.8 V及以上的較高輸出電壓，可能需要一個(gè)前饋電容器（C4）來(lái)改善相位裕度，印刷電路板上提供了該組件（C4）的焊盤(pán)。而且表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)

TPS54339E依靠輸出濾波器特性來(lái)確保控制環(huán)路的穩(wěn)定性。常見(jiàn)輸出電壓的推薦輸出濾波器組件值見(jiàn)上述表格。當(dāng)然，其他輸出濾波器組件值也可能提供可接受的閉環(huán)特性。為了方便斷開(kāi)控制環(huán)路并測(cè)量閉環(huán)響應(yīng)，電路板上設(shè)置了R3和TP4。

四、測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

4.1 輸入/輸出連接

需要使用能夠提供2 A電流的電源通過(guò)一對(duì)20 AWG電線連接到J1，負(fù)載通過(guò)一對(duì)20 AWG電線連接到J2，最大負(fù)載電流能力為2 A，同時(shí)要盡量縮短電線長(zhǎng)度以減少電線中的損耗。

4.2 啟動(dòng)程序

1. 確保JP1（啟用控制）處的跳線設(shè)置為從EN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JP1（啟用控制）處的跳線移動(dòng)到覆蓋EN和ON，評(píng)估模塊將啟用輸出電壓。

4.3 效率

在環(huán)境溫度為25°C時(shí)，TPS54339EEVM - 056的效率曲線如文檔中的圖4 - 1和圖4 - 2所示，分別展示了不同輸入電壓下的效率以及輕載時(shí)的效率情況。從曲線中我們可以直觀地看到效率隨輸出電流的變化情況，這對(duì)于評(píng)估模塊在不同負(fù)載下的性能表現(xiàn)有重要參考價(jià)值。

4.4 負(fù)載調(diào)整率

負(fù)載調(diào)整率曲線如圖4 - 3所示，展示了在(V{IN}) = 5 V和(V{IN}) = 12 V時(shí)，負(fù)載調(diào)整率隨輸出電流的變化。通過(guò)觀察這個(gè)曲線，我們可以了解到評(píng)估模塊在不同負(fù)載電流下輸出電壓的穩(wěn)定性。

4.5 線性調(diào)整率

線性調(diào)整率曲線如圖4 - 4所示，展示了在(I_{OUT}) = 1.5 A時(shí)，線性調(diào)整率隨輸入電壓的變化。這有助于我們?cè)u(píng)估評(píng)估模塊在輸入電壓變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性。

4.6 閉環(huán)響應(yīng)

閉環(huán)響應(yīng)曲線如圖4 - 5所示，在(V{IN}) = 12 V，(R{LOAD}) = 1 Ω的條件下，展示了增益和相位隨頻率的變化。這對(duì)于分析控制環(huán)路的穩(wěn)定性和性能非常重要。

4.7 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)曲線如圖4 - 6所示，電流階躍從0.5 A到1.5 A，展示了輸出電壓在負(fù)載突變時(shí)的響應(yīng)情況。這反映了評(píng)估模塊對(duì)負(fù)載變化的快速響應(yīng)能力。

4.8 輸出電壓紋波

文檔中給出了不同輸出電流下的輸出電壓紋波曲線，如圖4 - 7（(I{OUT}) = 3 A）、圖4 - 8（(I{OUT}) = 150 mA）和圖4 - 9（(I_{OUT}) = 0 A）。輸出電壓紋波是衡量電源輸出質(zhì)量的重要指標(biāo)，這些曲線可以幫助我們?cè)u(píng)估評(píng)估模塊在不同負(fù)載下的輸出電壓穩(wěn)定性。

4.9 輸入電壓紋波

輸入電壓紋波曲線如圖4 - 10所示，在輸出電流為額定滿載3 A時(shí)，展示了輸入電壓的紋波情況。這對(duì)于評(píng)估電源輸入的穩(wěn)定性有重要意義。

4.10 啟動(dòng)

啟動(dòng)波形如圖4 - 11和圖4 - 12所示，分別展示了相對(duì)于(V{IN})和EN的啟動(dòng)情況，在(R{LOAD}) = 1 Ω的條件下。通過(guò)觀察啟動(dòng)波形，我們可以了解評(píng)估模塊在啟動(dòng)過(guò)程中的電壓和電流變化情況。

4.11 關(guān)機(jī)

關(guān)機(jī)波形如圖4 - 13和圖4 - 14所示，分別展示了相對(duì)于(V{IN})和EN的關(guān)機(jī)情況，在(R{LOAD}) = 1 Ω的條件下。這有助于我們了解評(píng)估模塊在關(guān)機(jī)過(guò)程中的性能表現(xiàn)。

五、電路板布局

5.1 布局

TPS54339EEVM - 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})和地的主要電源走線，還有TPS54339E引腳的連接以及大面積的接地填充。許多信號(hào)走線也位于頂層，輸入去耦電容器盡可能靠近IC放置。輸入和輸出連接器、測(cè)試點(diǎn)以及所有組件都位于頂層，頂層還提供了一個(gè)模擬地（GND）區(qū)域，模擬地（GND）和電源地（PGND）在頂層靠近C6的單點(diǎn)連接。兩個(gè)內(nèi)層完全用于電源接地平面，底層主要是電源地，底層的銅澆鑄區(qū)域用于將開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW）連接到輸出電感器和升壓電容器，走線還連接了使能控制跳線、EN、VREG5、LOOP測(cè)試點(diǎn)以及從(V_{OUT})到電壓設(shè)定點(diǎn)分壓網(wǎng)絡(luò)的反饋?zhàn)呔€。

六、原理圖、物料清單和參考資料

6.1 原理圖

圖6 - 1是TPS54339EEVM - 056的原理圖，通過(guò)原理圖我們可以清晰地看到各個(gè)組件之間的連接關(guān)系，這對(duì)于理解電路的工作原理非常有幫助。

6.2 物料清單

6.3 參考資料

參考資料提供了德州儀器的TPS54339E，4.5V至23V輸入，3 - A同步降壓SWIFT?轉(zhuǎn)換器帶Eco - Mode?的數(shù)據(jù)手冊(cè)，這為進(jìn)一步深入了解該產(chǎn)品提供了重要的參考依據(jù)。

七、修訂歷史

從2012年11月的版本到2021年10月的版本，文檔進(jìn)行了一些修訂，包括更新了表格、圖形和交叉引用的編號(hào)格式，更新了用戶指南的標(biāo)題，以及為了清晰性對(duì)用戶指南進(jìn)行了編輯。

通過(guò)對(duì)TPS54339E降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估模塊