TPS54395降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，降压转换器是一种常见且关键的元件。今天我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS54395降压转换器评估模块（TPS54395EVM - 057）。

文件下载：TPS54395EVM-057.pdf

1. TPS54395概述

TPS54395是一款双路、自适应导通时间、D - CAP2™模式的同步降压转换器，它的一大优势是所需的外部元件数量较少。其D - CAP2控制电路针对低等效串联电阻（ESR）输出电容（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷电容）进行了优化，具备快速瞬态响应能力，且无需外部补偿。内部设定的开关频率标称值为700 kHz，高侧和低侧开关MOSFET以及栅极驱动电路都集成在TPS54395封装内。MOSFET的低漏源导通电阻使得该转换器能够实现高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。此外，它还具备自动跳过Eco - mode™操作，可提高轻载效率。

该转换器设计用于在4.5 V至18 V的输入电压源下，为CH1和CH2提供高达3 A的输出，输出电压范围为0.76 V至7 V。评估模块的额定输入电压和输出电流范围如下表所示：	TPS54395EVM	输入电压范围	输出电压	输出电流范围
CH1	VIN1 = 6 V to 18 V	3.3 V	0 A to 3 A
CH2	VIN2 = 5 V to 18 V	1.5 V	0 A to 3 A

2. 性能规格总结

在特定条件下（输入电压(V_{INx } = 12 V)，输出电压为3.3 V和1.5 V，环境温度25°C），TPS54395EVM的性能规格如下：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围（VINx）	见表格1 - 1	12	18	V
输出电压VOUT1		3.3			V
输出电压VOUT2		1.5			V
工作频率	VIN1, VIN2 = 12 V, IOUT1, IOUT2 = 1.5 A		700		kHz
输出电流范围CH1		0		3	A
输出电流范围CH2		0		3	A
线路调整率VOUT1	IOUT1 = 1.5 A, IOUT2 = 0 A, VIN1, VIN2 = 6 V to 18 V	+0.3, –0.5%
线路调整率VOUT2	IOUT1 = 1.5 A, IOUT2 = 0 A, VIN1, VIN2 = 6 V to 18 V	+0.2, –0.4%
负载调整率VOUT1	VIN1, VIN2 = 12 V, IOUT1 = 0 A to 3 A	+0.5, –0.1%
负载调整率VOUT2	VIN1, VIN2 = 12 V, IOUT2 = 0 A to 3 A	+0.55, – 0.05%
过流限制VOUT1	VIN1 = 12 V, L1 = 2.2 µH	3.5	4.7	6.5	A
过流限制VOUT2	VIN2 = 12 V, L1 = 2.2 µH	3.5	4.7	6.5	A
输出纹波电压VOUT1	VIN1 = 12 V, IOUT1 = 3 A			20	mVPP
输出纹波电压VOUT2	VIN2 = 12 V, IOUT2 = 3 A			40	mVPP
最大效率VOUT1	VIN1 = 6 V, IOUT1 = 0.7 A		94.8%
最大效率VOUT2	VIN2 = 5 V, IOUT2 = 0.7 A		90.5%

3. 模块修改

3.1 输出电压设定点

若要更改评估模块的输出电压，可改变反馈分压器顶部电阻R1或R3的值。可参考图5 - 1中的顶层组件来定位靠近输出连接器的电阻。改变R1或R3的值可使输出电压高于0.765 V，特定输出电压下R1或R3的值可通过公式(V{OUT 1}=0.765 V times(1+frac{R 1}{R 2}))；(V{OUT 2}=0.765 V times(1+frac{R 3}{R 4}))计算。表3 - 1列出了一些常见输出电压对应的R1或R3值。对于1.8 V及以上的输出电压，可能需要一个前馈电容（C21或C20）来改善相位裕度，印刷电路板上提供了该组件的焊盘。

3.2 输出滤波器和闭环响应

TPS54395依靠输出滤波器特性来确保控制环路的稳定性。表3 - 1给出了常见输出电压推荐的输出滤波器组件。其他输出滤波器组件值也可能提供可接受的闭环特性。R11和R12方便用于断开控制环路并测量闭环响应。

4. 测试设置与结果

4.1 输入/输出连接

TPS54395EVM配备了输入/输出连接器和测试点，具体如下表所示。需要一个能够提供4 A电流的电源通过一对20 AWG电线连接到J1，负载通过一对20 AWG电线连接到J3和/或J2，最大负载电流能力为两个2 A。应尽量减小电线长度以减少电线中的损耗。测试点TP1用于监测输入电压((V_{IN}))，TP7提供方便的接地参考。TP4和TP3用于监测输出电压，TP5和TP6作为接地参考。	参考设计号	功能
J1	VIN（见表格1 - 1的VIN范围）
J2	VOUT2，1.5 V，最大3 A
J3	VOUT1，3.3 V，最大3 A
J4	EN1控制。将EN1连接到off禁用转换器1；连接到on启用转换器1。
J5	EN2控制。将EN2连接到off禁用转换器2；连接到on启用转换器2。
JP1	跳线，可为转换器2提供另一个输入电压的可能性
TP1	VIN连接器处的VIN测试点
TP2	JP1后的VIN2测试点
TP3	转换器2的输出电压测试点
TP4	转换器1的输出电压测试点
TP5, TP6, TP7	输入和输出连接器处的接地测试点
TP8	EN2测试点
TP9	EN1测试点
TP10	转换器1的开关节点测试点
TP11	转换器2的开关节点测试点
TP12	VREG5测试点
TP13	PG1测试点
TP14	PG2测试点
TP15	模拟接地测试点

4.2 启动程序

启动评估模块时，需按以下步骤操作：

1. 确保J4和/或J5（启用控制）的跳线设置在ENx到off。
2. 将适当的(VIN)电压施加到J1的VIN和PGND端子。
3. 将J4和/或J5（启用控制）的跳线移至覆盖ENx和on，评估模块将启用相应的输出电压。

4.3 效率

文档中给出了转换器1和转换器2在不同输入电压和输出电流下的效率曲线，包括正常负载和轻载情况。从曲线中我们可以直观地看到效率随输入电压和输出电流的变化情况，这对于评估转换器在不同工作条件下的性能非常有帮助。

4.4 负载调整率

分别展示了转换器1和转换器2的负载调整率曲线。转换器1的负载调整率独立于转换器2的负载，而对于5 V输入电压，转换器2的负载调整率会受到转换器1负载的影响。

4.5 线路调整率

给出了转换器1和转换器2的线路调整率曲线，反映了输出电压随输入电压变化的情况。

4.6 负载瞬态响应

展示了转换器1和转换器2对负载瞬态的响应曲线，帮助我们了解转换器在负载突然变化时的动态性能。

4.7 输出电压纹波

分别给出了转换器1和转换器2在额定满载和Eco - mode无负载时的输出电压纹波曲线，有助于评估输出电压的稳定性。

4.8 输入电压纹波

展示了TPS54395EVM的输入电压纹波曲线，输出电流为各通道的额定满载电流。

4.9 启动

给出了转换器1和转换器2相对于(V_{IN})和ENx的启动波形，帮助我们了解转换器的启动特性。

5. 电路板布局

TPS54395EVM的电路板布局通过图5 - 1至图5 - 6展示。顶层包含VIN和VOUTx的主要功率走线，还有TPS54395引脚的连接以及大面积的接地。许多信号走线也位于顶层，输入去耦电容尽可能靠近IC。输入和输出连接器、测试点以及所有组装组件都位于顶层。顶层提供了一个模拟接地（GND）区域，模拟接地（GND）和功率接地（PGND）在顶层靠近IC的单点连接。其他层主要是功率接地，但底层有一些走线用于连接SSx和ENx的测试点。

6. 原理图、物料清单和参考

6.1 原理图

图6 - 1给出了TPS54395EVM的原理图，详细展示了各个组件的连接方式。

6.2 物料清单

表6 - 1列出了评估模块的物料清单，包括组件的数量、参考设计号、值、描述、尺寸、零件编号和制造商等信息。当输出电压设置高于4 V时，C14 - C19必须更换为具有更高额定电压的电容器。

6.3 参考

文档提供了参考资料，即Texas Instruments的TPS54395相关文档，为进一步了解该转换器提供了依据。

总的来说，TPS54395降压转换器评估模块是一个功能强大且性能优良的模块，通过对其各个方面的了解，我们可以更好地在实际设计中应用它。各位电子工程师在使用过程中，不妨多参考这些数据和曲线，根据实际需求进行调整和优化。大家在使用TPS54395的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。