TPS54233 降压转换器评估模块使用指南

在电子工程领域，电源管理是一个至关重要的环节。今天我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的 TPS54233 降压转换器评估模块（TPS54233EVM - 373），看看它有哪些特点和性能表现。

文件下载：TPS54233EVM-373.pdf

一、引言

这份用户指南为我们提供了 TPS54233 的背景信息，以及 TPS54233EVM - 373 评估模块的支持文档，包括性能规格、原理图和物料清单等内容。

1.1 背景

TPS54233 是一款直流 - 直流转换器，能够在 3.5V 至 28V 的输入电压源下提供高达 2A 的输出电流。评估模块的额定输入电压范围为 8V 至 18V，输出电流范围为 0A 至 2A。其开关频率内部设定为标称 300kHz，内部集成了高端 MOSFET 和栅极驱动电路。MOSFET 的低漏源导通电阻使得 TPS54233 能够实现高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。补偿组件位于集成电路外部，通过外部分压器可实现输出电压的可调。此外，TPS54233 还提供了可调的软启动和欠压锁定输入功能。TPS54233EVM - 373 的绝对最大输入电压为 30V。

1.2 性能规格总结

以下是 TPS54233EVM - 373 在输入电压 (V_{IN}=15V)、输出电压为 3.3V 时的性能规格总结（除非另有说明）：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{IN}) 电压范围		7	15	18	V
输出电压设定点			3.3		V
输出电流范围	(V_{IN}=8V) 至 18V	0		2	A
线性调整率	(I{O}=1A)，(V{IN}=8V) 至 18V			±0.025%
负载调整率	(V{IN}=15V)，(I{O}=0A) 至 2A			±0.03%
负载瞬态响应	(I_{O}=0.5A) 至 1.5A	电压变化 -20mV，恢复时间 400μs
	(I_{O}=1.5A) 至 0.5A	电压变化 20mV，恢复时间 400μs
环路带宽	(V{IN}=15V)，(I{O}=1A)		9.0		kHz
相位裕度	(V{IN}=15V)，(I{O}=1A)		70
输入纹波电压	(I_{O}=2A)			250	mVpp
输出纹波电压	(I_{O}=2A)			70	mVpp
输出上升时间			3.5		ms
工作频率			300		kHz
最大效率	TPS54233EVM - 373，(V{IN}=8V)，(I{O}=0.4A)		91.2%

1.3 修改

该评估模块旨在展示 TPS54233 的特性，并且可以进行一些修改。

1.3.1 输出电压设定点

若要更改 EVM 的输出电压，需要更改电阻 (R{6}) 的值。通过更改 (R{6}) 的值，可以将输出电压设置为高于 0.8V。特定输出电压下 (R{6}) 的值可以使用公式 (R{6}=10.2kΩ × frac{0.8V}{V{Out } - 0.8V}) 计算。不过要注意，(V{IN}) 必须在一定范围内，以确保最小导通时间大于 160ns，最大占空比小于 90%。

二、测试设置和结果

这部分内容介绍了如何正确连接、设置和使用 TPS54233EVM - 373 评估模块，同时还包含了评估模块的典型测试结果，涵盖了效率、输出电压调节、负载瞬态、环路响应、输出纹波、输入纹波和启动等方面。

2.1 输入/输出连接

TPS54233EVM - 373 配备了输入/输出连接器和测试点。需要使用能够提供 2A 电流的电源通过一对 20AWG 电线连接到 J1，负载则通过一对 20AWG 电线连接到 J4，最大负载电流能力为 2A。为了减少电线中的损耗，应尽量缩短电线长度。测试点 TP1 用于监测 (V_{IN}) 输入电压，TP2 作为方便的接地参考；TP5 用于监测输出电压，TP6 作为接地参考。

2.2 效率

该 EVM 的效率在负载电流约为 0.5A - 1A 时达到峰值，随后随着负载电流接近满载而降低。在环境温度为 25°C 时，TPS54233EVM - 373 的效率曲线如图 2 - 1 所示。在较低输出电流（0.01A 至 0.20A）下，效率曲线如图 2 - 2 所示。需要注意的是，由于内部 MOSFET 的漏源电阻随温度变化，在较高环境温度下效率可能会降低。

2.3 输出电压负载调整率

TPS54233EVM - 373 的负载调整率如图 2 - 3 所示，测量是在环境温度为 25°C 下进行的。

2.4 输出电压线性调整率

TPS54233EVM - 373 的线性调整率如图 2 - 4 所示。

2.5 负载瞬态

TPS54233EVM - 373 对负载瞬态的响应如图 2 - 5 所示，电流阶跃为最大额定负载的 25% 至 75%，输出的总峰 - 峰电压变化包括纹波和噪声。

2.6 环路特性

TPS54233EVM - 373 的环路响应特性如图 2 - 6 所示，增益和相位图是在 (V_{IN}) 电压为 15V、负载电流为 1A 时测量的。

2.7 输出电压纹波

TPS54233EVM - 373 在额定满载 2A 输出电流时的输出电压纹波如图 2 - 7 所示，电压是直接跨接在输出电容器上测量的。

2.8 输入电压纹波

TPS54233EVM - 373 在额定满载 2A 输出电流时的输入电压纹波如图 2 - 8 所示，电压是直接跨接在输入电容器上测量的。

2.9 上电

启动波形如图 2 - 9 和图 2 - 10 所示。在图 2 - 9 中，顶部轨迹显示 (V{IN})，底部轨迹显示 (V{OUT})；在图 2 - 10 中，顶部轨迹显示 EN（使能），底部轨迹显示 (V_{OUT})。当输入电压最初施加时，通过 J2 上的跳线将 EN 连接到 GND 来抑制输出。当移除跳线时，EN 释放。当 EN 电压达到 1.25V 的使能阈值电压时，启动序列开始，内部参考电压以内部设定的速率向 0.8V 斜坡上升，输出电压斜坡上升到外部设定的 3.3V 值。这些图的输入电压为 15V，且无负载。

三、电路板布局

3.1 布局

TPS54233EVM - 373 的电路板布局如图 3 - 1 至图 3 - 3 所示。EVM 的顶层布局采用了典型的用户应用方式，顶层和底层均为 2oz 铜。顶层包含 (V{IN})、(V{OUT}) 和 VPHASE 的主要功率走线，以及 TPS54233 其余引脚的连接和大面积的接地区域。底层包含接地和 BOOT 电容器的信号走线。顶层和底层以及内部接地走线通过围绕电路板放置的多个过孔连接，其中包括 TPS54233 器件正下方的十个过孔，以提供从顶层接地平面到底层接地平面的热路径。输入去耦电容器（C1、C2 和 C3）和自举电容器（C4）都尽可能靠近 IC 放置。此外，电压设定点电阻分压器组件也靠近 IC 放置。电压分压器网络在调节点（输出电容器 C9 后的铜 (V_{OUT}) 走线）连接到输出电压。对于 TPS54233，根据 EVM 与输入电源的连接情况，可能需要额外的输入大容量电容器。

3.2 估计电路面积

该电路设计中使用的组件的估计印刷电路板面积为 (0.72in^{2})，此面积不包括测试点或连接器。

四、原理图和物料清单

4.1 原理图

TPS54233EVM - 373 的原理图如图 4 - 1 所示。

4.2 物料清单

TPS54233EVM - 373 的物料清单如下表所示：	数量	参考编号	值	描述	尺寸	零件编号	制造商
0	C1	开路	陶瓷电容器	1206
1	C2	10μF	陶瓷电容器，25V，X5R，10%	1206	GRM31CR61E106KA	muRata
0	C3	开路	陶瓷电容器	0603
1	C4	0.1μF	陶瓷电容器，16V，X7R，10%	0603	Std Std
1	C5	0.015μF	陶瓷电容器，16V，X7R，10%	0603	Std Std
2	C6, C7	220pF	陶瓷电容器，16V，X7R，10%	0603	Std Std
1	C8	470μF	铝电容器，10V，±20%	0.328 x 0.328 inch	EEVFK1A471P	Panasonic
1	D1	B230A	肖特基二极管，2A，40V	SMA	B240A	Diodes Inc
2	J1, J4	ED1514	2 针端子块，6A，3.5mm	0.27 × 0.25 inch	ED1514	OST
2	J2, J3	PTC36SAAN	2 针插头，100mil 间距，(36 针条)	0.100 × 2	PTC36SAAN
1	L1	15μH	贴片电感器，3.7A，41mΩ	0.402 × 0.394 inch	MSS1038 - 273NL	Coilcraft
1	R1	332k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std Std
1	R2	68.1k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std Std
1	R3	30.9k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std Std
1	R4	0	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std Std
1	R5	10.2k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std Std
1	R6	3.24k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std Std
0	R7	开路	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std Std
3	TP1, TP3, TP5	5000	红色通孔测试点，颜色编码	0.100 × 0.100 inch	5000	Keystone
3	TP2, TP4, TP6	5001	黑色通孔测试点，颜色编码	0.100 × 0.100 inch	5001	Keystone
1	U1	TPS54233D	直流 - 直流转换器 IC，28V，2A，SO - 8		TPS54233D	TI
1	PCB	2.0" x 2.0" x 0.062"		HPA373	Any
1	分流器，100 - mil，黑色	0.100		929950 - 00	3M

需要注意的是，这些组件对静电敏感，应采取静电防护措施；组件必须清洁，无助焊剂和所有污染物；组件必须符合 IPC - A - 610 2 级工艺标准；标有星号（'**'）的参考编号组件不能替换，其他组件可以用等效制造商的组件替换。

五、修订历史

从 2008 年 11 月的版本到 2021 年 10 月的版本，主要更新了文档中表格、图形和交叉引用的编号格式，以及用户指南的标题。

通过以上对 TPS54233 降压转换器评估模块的详细介绍，相信大家对这款产品有了更深入的了解。在实际应用中，我们可以根据其性能特点和规格要求，合理选择和使用该模块，以满足不同的电源管理需求。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。