TPS62120降壓轉(zhuǎn)換器評估模塊使用指南

引言

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理芯片的性能對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率至關(guān)重要。TPS62120作為一款高效的同步降壓型DC - DC轉(zhuǎn)換器，專為低功耗應(yīng)用而優(yōu)化。本文將詳細介紹TPS62120評估模塊（TPS62120EVM - 640）的特性、操作和使用方法，希望能為電子工程師們在實際設(shè)計中提供有價值的參考。

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一、TPS62120及評估模塊概述

1.1 TPS62120芯片特點

TPS62120是一款適用于低功耗應(yīng)用的高效同步降壓型DC - DC轉(zhuǎn)換器。其輸入電壓范圍為2V至15V，如此寬的輸入電壓范圍使其能夠支持能量收集、電池供電以及9V或12V線路供電等多種應(yīng)用場景。

1.2 評估模塊特性

TPS62120EVM - 640是一個完全組裝和測試好的平臺，用于評估TPS62120轉(zhuǎn)換器的運行和性能。該評估模塊的輸入電壓范圍為2.0V至15V，輸出電壓可通過外部反饋分壓網(wǎng)絡(luò)在1.2V至5.5V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，最大輸出電流為75mA。具體特點如下：

• 高輸入電壓范圍：2.0V至15V。
• 可調(diào)輸出電壓：1.2V至5.5V。
• 最大75mA輸出電流。
• 最高800kHz開關(guān)頻率。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

• 超低功耗微控制器電源。
• 能量收集。
• 工業(yè)測量。

二、評估模塊原理圖

TPS62120EVM - 640的原理圖展示了其電路連接方式。從原理圖中可以看到各個元件的連接關(guān)系，如電感、電容、電阻等，這些元件共同構(gòu)成了降壓轉(zhuǎn)換電路。原理圖是理解評估模塊工作原理的基礎(chǔ)，工程師們可以根據(jù)原理圖進行電路分析和故障排查。

三、連接器和測試點說明

3.1 輸入電源相關(guān)連接器

• J1（VIN）：這是連接輸入電源正極的接頭。電源必須連接在J1和J3（GND）之間，并且輸入電壓要在2.0V至15.0V之間。為了減少干擾，連接輸入電源的導(dǎo)線應(yīng)盡量短且絞合在一起。
• J3（GND）：這是輸入電源的返回連接接頭，同樣要與J1配合使用，輸入電壓范圍為2.0V至15.0V。

3.2 轉(zhuǎn)換器輸入輸出檢測連接器

• J2（S + /S - ）：用于轉(zhuǎn)換器輸入的檢測連接，可以連接電壓表、電源的檢測端或示波器。
• J5（S + /S - ）：用于轉(zhuǎn)換器輸出的檢測連接，可連接電壓表、電子負載的檢測端或示波器。

3.3 輸出相關(guān)連接器

• J4（VOUT）：這是降壓轉(zhuǎn)換器的正輸出接頭。TPS62120的輸出電壓可通過反饋電阻R1和R2進行調(diào)節(jié)，在評估模塊上，輸出電壓可在1.2V至5.5V范圍內(nèi)調(diào)整。需要注意的是，這里需要一個前饋電容，具體信息可參考TPS62120的數(shù)據(jù)手冊（SLVSAD5）。
• J6（GND）：這是轉(zhuǎn)換器的返回連接接頭，負載可以連接在J4和J6（VOUT）之間，轉(zhuǎn)換器能夠支持最大75mA的負載電流。

3.4 控制相關(guān)跳線

• JP1（EN）：這個跳線用于啟用或禁用評估模塊上的TPS62120。將跳線短接在中心引腳和ON之間可開啟設(shè)備，短接在中心引腳和OFF之間則關(guān)閉設(shè)備。
• JP2（SGND）：JP2將TPS62120的輸出電容連接到開漏輸出SGND。當TPS62120處于關(guān)機模式時，SGND為低電平，從而使輸出電容放電；當TPS62120啟用時，開漏輸出SGND為高阻抗。

3.5 其他連接器

• J7（VOUT (SMA)）：J7的SMA連接器連接到TPS62120的輸出電壓。通過頻譜分析儀可以方便地分析輸出電壓的噪聲頻譜。默認情況下，J7在評估模塊上未組裝。
• J8（PG/GND）：J8的引腳1連接到TPS62120的Power Good（PG）輸出。這個開漏輸出通過R3上拉到VOUT。當FB電壓上升到其標稱值的95%（典型值）以上時，PG輸出變?yōu)楦唠娖?；當FB電壓下降到其標稱值的90%（典型值）以下時，PG變?yōu)榈碗娖健?/li>

四、測試配置

4.1 硬件設(shè)置

典型的硬件測試配置如圖4 - 1所示，包括連接電源、負載、示波器等設(shè)備。正確的硬件連接是進行準確測試的基礎(chǔ)，工程師們需要仔細檢查各個連接點，確保連接無誤。

4.2 測試步驟

在對評估模塊進行測試配置時，需要遵循以下步驟：

1. 靜電防護：由于TPS62120EVM - 640上的許多組件容易受到靜電放電（ESD）的損壞，因此在拆包和操作評估模塊時，用戶應(yīng)在批準的ESD工作站工作，使用接地的腕帶、腳帶或墊子，并佩戴靜電服和安全眼鏡。
2. 連接電源：在TPS62120EVM的J1和J3之間連接直流電源，輸入電壓范圍為2.0V至15V。同時，要確保從輸入電源到評估模塊的導(dǎo)線盡量短且絞合在一起。
3. 連接檢測設(shè)備：將直流電壓表或示波器連接到評估模塊的輸出檢測連接（J5）。
4. 連接負載：可以在TPS62120EVM的J4和J6之間連接最大75mA的負載。
5. 啟用轉(zhuǎn)換器：將TPS62120EVM上JP1的短接棒連接在EN和ON之間，以啟用轉(zhuǎn)換器。

五、測試數(shù)據(jù)

5.1 效率

圖5 - 1展示了TPS62120EVM的典型效率性能。不同的輸入電壓下，效率隨負載電流的變化有所不同。通過觀察效率曲線，工程師們可以了解在不同工作條件下評估模塊的效率表現(xiàn)，從而在實際應(yīng)用中選擇合適的輸入電壓和負載電流。

5.2 啟動性能

圖5 - 2至圖5 - 5展示了不同情況下TPS62120EVM的典型啟動性能，包括啟動到300Ω負載、從高阻抗源啟動、啟動期間的Power Good輸出以及輸出電容放電等情況。這些啟動性能數(shù)據(jù)對于了解評估模塊在不同啟動條件下的表現(xiàn)非常重要，有助于工程師們優(yōu)化啟動過程。

5.3 負載瞬態(tài)響應(yīng)

圖5 - 6展示了TPS62120的負載瞬態(tài)響應(yīng)。當負載電流發(fā)生變化時，輸出電壓會有相應(yīng)的波動，通過觀察負載瞬態(tài)響應(yīng)曲線，工程師們可以評估評估模塊在負載變化時的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

5.4 典型操作

圖5 - 7和圖5 - 8分別展示了60mA和10mA負載下TPS62120的典型輸出電壓紋波。輸出電壓紋波是衡量電源穩(wěn)定性的重要指標，通過觀察紋波曲線，工程師們可以判斷評估模塊在不同負載下的輸出穩(wěn)定性。

5.5 電流限制操作

圖5 - 9展示了TPS62120的電流限制操作。當負載電流超過一定值時，評估模塊會進入電流限制模式，以保護電路。了解電流限制操作的特性對于設(shè)計安全可靠的電源系統(tǒng)非常重要。

六、組裝圖紙和布局

圖6 - 1至圖6 - 3展示了TPS62120EVM - 640印刷電路板的設(shè)計。評估模塊采用四層、1盎司覆銅板設(shè)計。需要注意的是，這些圖紙僅用于展示電路板的布局，不能直接用于制造TPS62120EVM - 640 PCB。

七、物料清單

表7 - 1列出了TPS62120EVM的物料清單，包括各個元件的數(shù)量、參考編號、值、描述、尺寸、零件編號和制造商等信息。物料清單是進行電路板組裝和維修的重要依據(jù)，工程師們可以根據(jù)清單準確采購所需的元件。

總結(jié)

通過對TPS62120評估模塊的詳細介紹，我們了解了其特性、操作和使用方法。在實際設(shè)計中，電子工程師們可以根據(jù)評估模塊的測試數(shù)據(jù)和特性，合理選擇輸入電壓、輸出電壓和負載電流，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。同時，要注意靜電防護和正確的測試配置，確保評估模塊的正常運行。你在使用TPS62120評估模塊的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。