TPS54425 降压转换器评估模块使用指南

一、引言

在电子设计领域，电源转换模块的性能和稳定性至关重要。TPS54425 作为一款单路、自适应导通时间、D - CAP2™模式的同步降压转换器，以其低外部元件数量的优势脱颖而出。它的 D - CAP2™控制电路针对低等效串联电阻（ESR）输出电容器进行了优化，如 POSCAP、SP - CAP 或陶瓷类型，能够实现快速瞬态响应，且无需外部补偿。其开关频率内部设定为标称 700 kHz，并且在 TPS54425 封装内集成了高端和低端开关 MOSFET 以及栅极驱动电路。MOSFET 的低漏源导通电阻使得 TPS54425 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。该转换器设计用于从 4.5 V 至 18 V 的输入电压源提供高达 4 A 的输出，输出电压范围为 0.76 V 至 5.5 V。

文件下载：TPS54425EVM-608.pdf

TPS54425EVM - 608 评估模块则是一款单路同步降压转换器，可在 5 V 至 18 V 输入下提供 1.05 V、4 A 的输出。下面，我们将详细介绍该评估模块的各项性能和使用方法。

二、性能规格总结

2.1 主要性能参数

规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围（VIN）	-	4.5	12	18	V
输出电压	-	-	1.05	-	V
工作频率	VIN = 12 V，IO = 1 A	-	675	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	4	A
过流限制	VIN = 12 V，LO = 1.5 µH	-	-	5.4	A
输出纹波电压	VIN = 12 V，IO = 4 A	-	-	7	mVPP

这些参数为我们在实际应用中选择合适的电源模块提供了重要参考。大家在设计时，是否会根据这些参数来评估该模块是否满足自己的需求呢？

三、模块修改

3.1 输出电压设定点

若要改变评估模块（EVM）的输出电压，需要改变电阻 R1 的值。通过改变 R1 的值，可以将输出电压调整到 0.765 V 以上。对于不同的输出电压范围，有不同的计算公式：

• 对于 0.76 V 至 2.5 V 的输出电压：[V_O = 0.765 times (1 + frac{R_1}{R_2})]
• 对于超过 2.5 V 的输出电压：[V_O = (0.763 + 0.0017 × V_O) times (1 + frac{R_1}{R_2})]

表 3 - 1 列出了一些常见输出电压对应的 R1 值。需要注意的是，对于 1.8 V 或更高的输出电压，可能需要一个前馈电容器（C2）来改善相位裕度，印刷电路板上为此组件（C2）提供了焊盘。大家在实际操作中，是否遇到过因为输出电压调整而需要更换电阻的情况呢？

R2 (kΩ)	R1 (kΩ)	C2 (pF)	L1 (µH)	输出电压 (V)
1.0	6.81	22.1	1.5	1.0
1.05	8.25	22.1	1.5	1.05
1.2	12.7	22.1	1.5	1.2
1.8	30.1	10 - 22	2.2	1.8
2.5	49.9	10 - 22	2.2	2.5
3.3	73.2	10 - 22	2.2	3.3
5.0	121	10 - 22	3.3	5.0

四、测试设置与结果

4.1 输入/输出连接

TPS54425EVM - 608 配备了输入/输出连接器和测试点。必须通过一对 20 AWG 电线将能够提供 2 A 电流的电源连接到 J1，负载则通过一对 20 AWG 电线连接到 J2，最大负载电流能力为 2 A。为减少电线中的损耗，应尽量缩短电线长度。测试点 TP1 用于监测 VIN 输入电压，TP2 提供方便的接地参考；TP8 用于监测输出电压，TP9 作为接地参考。

参考标识	功能
J1	VIN（VIN 范围见表 1 - 1）
J2	VOUT，最大 2 A 时为 1.05 V
JP1	EN 控制。将 EN 连接到 OFF 禁用，连接到 ON 启用
TP1	VIN 连接器处的 VIN 测试点
TP2	VIN 处的 GND 测试点
TP3	EN 测试点
TP4	模拟接地测试点
TP5	开关节点测试点
TP6	电源良好测试点
TP7	输出电压测试点
TP8	输出连接器处的接地测试点

4.2 启动程序

1. 确保 JP1（启用控制）处的跳线设置为从 EN 到 OFF。
2. 将适当的 VIN 电压施加到 J1 处的 VIN 和 PGND 端子。
3. 将 JP1（启用控制）处的跳线移动到覆盖 EN 和 ON，此时 EVM 启用输出电压。

4.3 效率

在环境温度为 25°C 时，TPS54425EVM - 608 的效率如图 4 - 1 所示。从图中可以看出，不同输入电压下，效率随输出电流的变化情况。在轻载情况下，其效率如图 4 - 2 所示。大家在实际应用中，是否会关注不同负载下的效率变化呢？

4.4 负载调节

TPS54425EVM - 608 的负载调节情况如图 4 - 3 所示。它反映了输出电压随输出电流变化的偏差情况，这对于需要稳定输出电压的应用非常重要。

4.5 线路调节

线路调节情况如图 4 - 4 所示，展示了在不同输入电压下输出电压的偏差情况。这有助于我们了解该模块在输入电压波动时的稳定性。

4.6 负载瞬态响应

TPS54425EVM - 608 对负载瞬态的响应如图 4 - 5 所示，电流阶跃从 1 A 到 3 A，图中显示了总峰 - 峰电压变化。这体现了模块在负载突然变化时的响应能力。

4.7 输出电压纹波

当输出电流为额定满载 4 A 时，TPS54425EVM - 608 的输出电压纹波如图 4 - 6 所示。输出电压纹波的大小对于一些对电压稳定性要求较高的电路至关重要。

4.8 输入电压纹波

在输出电流为额定满载 4 A 时，输入电压纹波如图 4 - 7 所示。输入电压纹波的大小会影响模块的整体性能和稳定性。

4.9 启动

TPS54425EVM - 608 相对于 VIN 的启动波形如图 4 - 8 所示，相对于使能（EN）的启动波形如图 4 - 9 所示。启动过程的稳定性对于系统的正常运行至关重要。

五、电路板布局

5.1 布局

TPS54425EVM - 608 的电路板布局如图 5 - 1 至图 5 - 6 所示。顶层包含 VIN、VO 和接地的主要电源走线，同时还有 TPS54425 引脚的连接以及大面积的接地填充。许多信号走线也位于顶层，输入去耦电容器尽可能靠近 IC 放置。输入和输出连接器、测试点以及大多数组件位于顶层。连接 VIN 到 VCC 的 0 - Ω 电阻 R3 和电源良好上拉电阻 R4 位于背面。模拟接地和电源接地在顶层靠近 TPS54425 引脚 5 处单点连接。内部层 1 是包含模拟和电源接地的分割平面，内部层 2 主要是电源接地，但也有 VIN 的填充区域和将 VCC 路由到启用控制跳线 JP1 的走线。底层主要是模拟接地，但也有通过 R3 将 VIN 连接到 VCC 的走线、电源良好信号的走线以及从 VOUT 到电压设定点分压网络的反馈走线。合理的电路板布局对于模块的性能和稳定性有着重要影响，大家在设计电路板时，是否会特别关注这些布局细节呢？

六、原理图、物料清单和参考资料

6.1 原理图

图 6 - 1 是 TPS54425EVM - 538 的原理图，它展示了模块的电路连接和元件布局，为我们理解模块的工作原理提供了重要依据。

6.2 物料清单

物料清单（表 6 - 1）详细列出了模块中各个元件的参数和型号，这对于我们进行元件采购和替换非常有帮助。

RefDes	QTY	Value	Description	Size	Part Number	MFR
C1, C3	2	10uF	Capacitor, Ceramic, 25V, X5R, 20%	1210	C3225X5R1E106M	TDK
C11	0	Open	Capacitor, Ceramic	1206	Std	Std
C2, C8	0	Open	Capacitor, Ceramic	0603	Std	Std
C5	3300pF	Capacitor, Ceramic, 25V, X7R, 10%	0603	Std	Std
C6	1	1.0uF	Capacitor, Ceramic, 16V, X7R, 10%	0603	Std	Std
C4, C7	1	0.1uF	Capacitor, Ceramic, 50V, X7R, 10%	0603	Std	Std
C9, C10	2	22uF	Capacitor, Ceramic, 6.3V, X5R, 20%	1206	C3216X5R0J226M	TDK
J1, J2	2	ED555/2DS	Terminal Block, 2 - pin, 6 - A, 3.5mm	0.27 x 0.25 inch	ED555/2DS	Sullins
JP1	1	PEC03SAAN	Header, Male 3 - pin, 100mil spacing	0.100 inch x 3	PEC03SAAN	Sullins
L1	1.5uH	Inductor, SMT, 11 A, 9.7 mΩ	0.256 x 0.280 inch	SPM6530T - 1R5M100	TDK
R1	1	8.25k	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
R2	22.1k	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
R3	1	0	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
R4	1	100k	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
R5	0	Open	Resistor, Chip, 1/16W, 1%	0603	Std	Std
TP1, TP3, TP4, TP6, TP7, TP8, TP9	3	5000	Test Point, Red, Thru Hole Color Keyed	0.100 x 0.100 inch	5000	Keystone
TP2, TP5, TP9	5	5001	Test Point, Black, Thru Hole Color Keyed	0.100 x 0.100 inch	5001	Keystone
U1	1	TPS54425PWP	IC, 4 - A Output Single Sync. Step - Down	TPS54425PWP	TI
-	1	Shunt, 100 - mil, Black	0.100	929950 - 00	3M
-	1	PCB, 2.76 In x 1.97 In x 0.062 In	HPA608	Any	-

6.3 参考资料

参考资料提供了 Texas Instruments 的 TPS54425 单同步转换器（集成高端和低端 MOS FET）的数据手册，这对于深入了解该模块的技术细节非常有帮助。

七、修订历史

从 2010 年 8 月的版本到 2021 年 9 月的版本，文档更新了表格、图形和交叉引用的编号格式，并更新了用户指南的标题。

通过对 TPS54425EVM - 608 评估模块的详细介绍，我们可以看到它在电源转换方面的性能和特点。在实际应用中，我们可以根据这些信息来选择合适的电源模块，并进行合理的设计和调试。大家在使用该模块的过程中，是否有遇到过一些特殊的问题或者有独特的使用经验呢？欢迎在评论区分享。