TPS56C20 Buck Converter Evaluation Module使用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC - DC轉(zhuǎn)換器是電源管理的關(guān)鍵組件，能為各種電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。德州儀器（Texas Instruments）的TPS56C20 Buck Converter Evaluation Module（TPS56C20EVM - 614）是一款值得關(guān)注的評(píng)估模塊，下面將深入介紹其特性、操作和使用方法。

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1. 模塊簡(jiǎn)介

TPS56C20是一款同步DC - DC降壓轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓可通過(guò)反饋電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)或I2C接口總線的VID命令進(jìn)行調(diào)整。它采用自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間的D - CAP2?模式，所需外部組件極少。D - CAP2控制電路針對(duì)低ESR輸出電容（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷電容）進(jìn)行了優(yōu)化，具有快速瞬態(tài)響應(yīng)且無(wú)需外部補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)。該模塊內(nèi)部將開(kāi)關(guān)頻率設(shè)定為標(biāo)稱500kHz，集成了高端和低端開(kāi)關(guān)MOSFET以及柵極驅(qū)動(dòng)電路。MOSFET的低漏源導(dǎo)通電阻使TPS56C20能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，并在高輸出電流時(shí)保持較低的結(jié)溫。

TPS56C20EVM - 614評(píng)估模塊是一款單同步降壓轉(zhuǎn)換器，能在4.5V至17V的輸入電壓下提供1.1V/12A的輸出。其輸入電壓范圍為4.5V至17V，輸出電流范圍為0A至12A。

2. 性能規(guī)格總結(jié)

2.1 主要參數(shù)

3. 模塊修改

3.1 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)

要改變TPS56C20EVM - 614的輸出電壓，可通過(guò)改變電阻R7的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于0.6V至1.87V之間的特定輸出電壓，可使用公式 (V_{OUT }=0.6 times(1+R 7 / R 8)) 計(jì)算R7的值。表3 - 1列出了常見(jiàn)輸出電壓對(duì)應(yīng)的R7值。對(duì)于較高的輸出電壓，可能需要一個(gè)前饋電容（C12）來(lái)改善相位裕度，評(píng)估模塊提供了添加該組件的焊盤(pán)。

3.2 使用I2C接口設(shè)置輸出電壓

工程師可以使用I2C接口動(dòng)態(tài)調(diào)整TPS56C20的輸出電壓，范圍為0.6V至1.87V。具體步驟如下：

• PC準(zhǔn)備：
  1. 打開(kāi)PC并啟動(dòng)Windows操作系統(tǒng)。
  2. 將提供的文件“PC - Software.zip”復(fù)制到系統(tǒng)硬盤(pán)的某個(gè)目錄。
  3. 解壓文件到該目錄。
  4. 從目錄列表中解壓USB2ANY_SDK_SETUP程序文件，并以默認(rèn)設(shè)置運(yùn)行USB2ANY_SDK_Setup.exe。
  5. 從目錄列表中解壓TPS56X20 I2C TEST PANEL文件，并運(yùn)行TPS56X20 I2C TEST PANEL Installer中的SETUP文件。
  6. 安裝完兩個(gè)軟件后重啟PC。
• 連接PC：
  1. 使用提供的USB電纜將PC的USB端口與TI USB2ANY接口連接，如圖3 - 1所示。
  2. 使用提供的10芯帶狀電纜將TI USB2ANY接口與PWR614 J4連接器連接。
  3. 打開(kāi)或啟用輸入電壓電源。
• 電壓縮放步驟：
  1. 進(jìn)入程序文件，點(diǎn)擊TPS56X20 I2C TEST PANEL應(yīng)用程序，該面板將加載，如圖3 - 2所示。
  2. 在發(fā)送 (V_{OUT }) 命令之前，點(diǎn)擊EXT Power Settings塊中的寫(xiě)命令，如圖3 - 3所示。
  3. 進(jìn)入VOUTS控制塊，點(diǎn)擊ALL VOUTS控制，如圖3 - 4所示，從下拉菜單中選擇不同的 (V_{OUT}) 值。
  4. 選擇特定值并點(diǎn)擊WRITE VOUT開(kāi)關(guān)，觀察TP6相對(duì)于TP7的電壓變?yōu)?a target="_blank">編程的 (V_{OUT}) 值。

3.3 輸出濾波器和閉環(huán)響應(yīng)

TPS56C20依賴輸出濾波器特性來(lái)確保控制回路的穩(wěn)定性。表3 - 1列出了常見(jiàn)輸出電壓推薦的輸出濾波器組件。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。

4. 測(cè)試設(shè)置與結(jié)果

4.1 輸入/輸出連接

TPS56C20EVM - 614提供了輸入/輸出連接器和測(cè)試點(diǎn)，具體信息見(jiàn)表4 - 1。設(shè)計(jì)要求一個(gè)能夠提供4A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J3，最大負(fù)載電流能力為12A。為減少電線損耗，應(yīng)盡量縮短電線長(zhǎng)度。測(cè)試點(diǎn)TP3用于監(jiān)測(cè) (V_{IN}) 輸入電壓，TP4作為接地參考；TP6用于監(jiān)測(cè)輸出電壓，TP7作為接地參考。

4.2 啟動(dòng)程序

為確保成功啟動(dòng)，可按以下步驟操作：

1. 確保Enable跳線JP6閉合，將EN接地，禁用輸出。
2. 將適當(dāng)?shù)?(V_{IN}) 電壓施加到PVIN（J1 - 1）和GND（J1 - 2）。

4.3 效率

圖4 - 1和圖4 - 2分別展示了TPS56C20EVM - 614在環(huán)境溫度25°C時(shí)的效率曲線，包括不同輸入電壓下的效率情況。

4.4 負(fù)載調(diào)節(jié)

圖4 - 3展示了TPS56C20EVM - 614的負(fù)載調(diào)節(jié)曲線，反映了輸出電壓隨負(fù)載電流變化的情況。

4.5 線路調(diào)節(jié)

圖4 - 4展示了TPS56C20EVM - 614的線路調(diào)節(jié)曲線，體現(xiàn)了輸出電壓隨輸入電壓變化的情況。

4.6 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

圖4 - 5展示了TPS56C20EVM - 614對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)，電流階躍從50mA到12A（額定負(fù)載的0%到100%），轉(zhuǎn)換速率為500mA/μs，圖中顯示了總峰 - 峰輸出電壓變化。

4.7 輸出電壓紋波

圖4 - 6展示了TPS56C20EVM - 614在額定滿載12A輸出電流時(shí)的輸出電壓紋波情況。

4.8 啟動(dòng)

圖4 - 7和圖4 - 8分別展示了TPS56C20EVM - 614相對(duì)于 (V_{IN}) 和Enable（EN）的啟動(dòng)波形。

4.9 關(guān)閉

圖4 - 9和圖4 - 10分別展示了TPS56C20EVM - 614相對(duì)于 (V_{IN}) 和Enable（EN）的關(guān)閉波形。

5. 電路板布局

5.1 布局特點(diǎn)

TPS56C20EVM - 614的電路板布局如圖5 - 1至圖5 - 5所示。頂層包含PVIN、VIN、VOUT、SWITCH節(jié)點(diǎn)的主要電源走線以及大面積的接地區(qū)域，許多信號(hào)走線也位于頂層。輸入去耦電容和電壓設(shè)定點(diǎn)電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)組件盡可能靠近IC放置。輸入和輸出連接器、測(cè)試點(diǎn)以及大多數(shù)組件位于頂層。模擬接地（用作I2C接口信號(hào)的返回路徑）僅在頂層的一點(diǎn)與電源接地相連。內(nèi)部層1和內(nèi)部層2填充有電源接地。底層包含一些走線，如I2C連接和到J3連接器的輸出電壓走線。

6. 原理圖、物料清單和參考

6.1 原理圖

圖6 - 1展示了TPS56C20EVM - 614的原理圖，詳細(xì)顯示了各個(gè)組件的連接關(guān)系。

6.2 物料清單

表6 - 1列出了TPS56C20EVM - 614的物料清單，包括每個(gè)組件的規(guī)格、封裝、參考設(shè)計(jì)編號(hào)、制造商等信息。

6.3 參考

可參考TPS56C20、TPS56920、TPS56720、TPS56520的數(shù)據(jù)表（SLVSCB6）獲取更多信息。

7. 修訂歷史

從2014年3月的版本到2021年5月的版本，文檔進(jìn)行了一些修改，包括更改用戶指南標(biāo)題、更新表格、圖形和交叉引用的編號(hào)格式等。

總之，TPS56C20EVM - 614評(píng)估模塊為工程師提供了一個(gè)方便的平臺(tái)來(lái)測(cè)試和評(píng)估TPS56C20降壓轉(zhuǎn)換器的性能。通過(guò)對(duì)其性能規(guī)格、修改方法、測(cè)試設(shè)置和結(jié)果等方面的了解，工程師可以更好地將其應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到什么特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。