TPS5430和TPS5431降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，降压转换器是常见且关键的元件，德州仪器（Texas Instruments）的TPS5430和TPS5431降压转换器评估模块为工程师们提供了一个便捷的测试和开发平台。下面将详细介绍这两个评估模块的相关信息。

文件下载：TPS5430EVM-173.pdf

一、引言

1.1 背景

TPS5430和TPS5431是直流 - 直流（dc/dc）转换器，TPS5430能在5.5 V至36 V的输入电压下提供高达3 A的输出，TPS5431EVM - 173则可在5.5 V至23 V的输入电压下实现相同的输出。评估模块的额定输入电压和输出电流范围如下：	EVM	输入电压范围	输出电流范围
TPS5430EVM - 173	VIN = 10 V至35 V	0 A至3 A
TPS5431EVM - 173	VIN = 9 V至21 V	0 A至3 A

该评估模块旨在展示使用TPS5430和TPS5431调节器设计时可实现的小尺寸印刷电路板。其开关频率内部设定为标称500 kHz，高端MOSFET与栅极驱动电路集成在TPS5430/31封装内。MOSFET的低漏源导通电阻使TPS5430/31能实现高效率，并有助于在高输出电流时保持较低的结温。补偿组件集成在集成电路（IC）内部，外部分压器可实现输出电压的调节，此外，TPS5430/31还提供使能输入。TPS5430EVM - 173的绝对最大输入电压为38 V，TPS5431EVM - 173为25 V。

1.2 性能规格总结

以下是TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的性能规格总结（除非另有说明，输入电压VIN = 15 V，输出电压为5 V，环境温度为25°C）：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
TPS5430EVM - 173输入电压范围	-	10	15	35	V
TPS5431EVM - 173输入电压范围	-	9	15	21	V
输出电压设定点	-	-	5.0	-	V
输出电流范围	VIN = 3.3 V	0	-	3	A
TPS5430EVM - 173线路调整率	IO = 0 A – 3 A，VIN = 10 V – 35 V	-	-	±0.07%	-
TPS5431EVM - 173线路调整率	IO = 0 A – 3 A，VIN = 9 V – 21 V	-	-	±0.04%	-
TPS5430EVM - 173负载调整率	VIN = 15 V，IO = 0 A至3 A	-	-	±0.03%	-
TPS5431EVM - 173负载调整率	VIN = 15 V，IO = 0 A至3 A	-	-	±0.05%	-
TPS5430EVM - 173负载瞬态响应（IO = 0.75 A至2.25 A）	电压变化	-	-	-50 mV	-
	恢复时间	-	-	150 μs	-
TPS5431EVM - 173负载瞬态响应（IO = 0.75 A至2.25 A）	电压变化	-	-	-40 mV	-
	恢复时间	-	-	150 μs	-
TPS5430EVM - 173负载瞬态响应（IO = 2.25 A至0.75 A）	电压变化	-	-	50 mV	-
	恢复时间	-	-	150 μs	-
TPS5431EVM - 173负载瞬态响应（IO = 2.25 A至0.75 A）	电压变化	-	-	40 mV	-
	恢复时间	-	-	150 μs	-
TPS5430EVM - 173环路带宽	VIN = 25 V，IO = 1 A	-	25.0	-	kHz
TPS5431EVM - 173环路带宽	VIN = 15 V，IO = 1 A	-	23.9	-	kHz
TPS5430EVM - 173相位裕度	VIN = 25 V，IO = 1 A	-	50°	-	-
TPS5431EVM - 173相位裕度	VIN = 15 V，IO = 1 A	-	51°	-	-
TPS5430EVM - 173输入纹波电压	IO = 3 A	255	-	300	mVpp
TPS5431EVM - 173输入纹波电压	IO = 3 A	295	-	350	mVpp
TPS5430EVM - 173输出纹波电压	IO = 3 A	-	-	20	mVpp
TPS5431EVM - 173输出纹波电压	IO = 3 A	-	-	20	mVpp
输出上升时间	-	-	-	8	ms
工作频率	-	-	500	-	kHz
TPS5430EVM - 173最大效率	VIN = 10 V，VO = 5 V，IO = 0.75 A	-	93.6%	-	-
TPS5431EVM - 173最大效率	VIN = 9 V，VO = 5 V，IO = 0.75 A	-	94.0%	-	-

1.3 修改

评估模块可进行一些修改，例如改变输出电压设定点。要改变EVM的输出电压，需改变电阻R2的值。特定输出电压下R2的值可通过公式[R 2=10 k Omega × frac{1.221 V}{V_{O}-1.221 V}]计算。以下是一些常见输出电压对应的R2值：	输出电压（V）	R2值（kΩ）
1.8	21.5
2.5	9.53
3.3	5.90
5	3.24

需注意，VIN必须在一定范围内，以确保最小导通时间大于200 ns，最大占空比小于87%。

二、测试设置与结果

2.1 输入/输出连接

TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173配备了输入/输出连接器和测试点，具体如下：	参考标识	功能
J1	VIN（输入电压范围见表格1 - 1）
J2	OUT，最大3 A时为5 V
JP1	2针引脚用于使能。将EN连接到地以禁用，断开以启用
TP1	VIN连接器处的VIN测试点
TP2	VIN处的接地测试点
TP3	OUT连接器处的输出电压测试点
TP4	OUT连接器处的接地测试点
TP5	分压器网络和R3之间的测试点，用于环路响应测量
TP6	PH测试点

需使用能够提供3 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，最大负载电流能力应为3 A，同时应尽量缩短电线长度以减少线路损耗。

2.2 效率

两个评估模块的效率在负载电流约为0.75 A时达到峰值，随后随着负载电流接近满载而下降。在环境温度为25°C时，TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的效率曲线分别如图2 - 1和图2 - 2所示。由于MOSFET的漏源电阻随温度变化，在较高环境温度下效率会降低。

2.3 输出电压负载调整率

TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的负载调整率曲线分别如图2 - 3和图2 - 4所示（环境温度为25°C）。

2.4 输出电压线路调整率

TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的线路调整率曲线分别如图2 - 5和图2 - 6所示。

2.5 负载瞬态

TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173对负载瞬态的响应分别如图2 - 7和图2 - 8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

TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的环路响应特性分别如图2 - 9和图2 - 10所示，增益和相位图分别对应TPS5430EVM - 173的VIN电压为25 V和TPS5431EVM - 173的VIN电压为15 V，负载电流均为1 A。

2.7 输出电压纹波

TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的输出电压纹波分别如图2 - 11和图2 - 12所示，输出电流为额定满载3 A，电压直接跨接在输出电容器上测量。

2.8 输入电压纹波

TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的输入电压纹波分别如图2 - 13和图2 - 14所示，每个器件的输出电流均为额定满载3 A。

2.9 上电

启动波形如图2 - 15所示，顶部轨迹显示ENA，底部轨迹显示Vout。初始时，通过在JP1处使用跳线将EN连接到地来抑制输出。移除跳线后，ENA释放。当ENA电压达到1.06 V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1.221 V斜坡上升，输出电压斜坡上升到外部设定的5 V值。TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的启动波形相同。

三、电路板布局

3.1 布局

TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的电路板布局如图3 - 1至图3 - 3所示，两个EVM电路使用相同的印刷电路板（HPA173）。EVM的顶层布局符合典型用户应用方式，顶层和底层为2盎司铜。

顶层包含VIN、OUT和VPHASE的主要电源走线，还有TPS5430其余引脚的连接以及大面积的接地区域。底层包含接地和ENA功能的信号走线。顶层、底层和内部接地走线通过分布在电路板周围的多个过孔连接，包括TPS5430器件正下方的四个过孔，以提供从PowerPAD™焊盘到地的热路径。

输入去耦电容（C1）和自举电容（C2）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。分压器网络在调节点连接到输出电压，即输出电容C3之后的铜质Vout走线。对于TPS5430，还需要一个额外的输入旁路电容（C4）。

四、原理图和物料清单

4.1 原理图

TPS5430EVM - 173和TPS5431EVM - 173的原理图如图4 - 1所示。

4.2 物料清单

TPS5430EVM - 173的物料清单如下：	数量	参考标识	值	描述	尺寸	零件编号	制造商
0	C1	4.7 μF	陶瓷电容，50V，X7R，20%	1812	C4532X5R1H475MT	TDK
0	C1	10 μF	陶瓷电容，25V，X7R，20%	1812	C4532X7R1E106KT	TDK
1	C2	0.01 μF	陶瓷电容，50V，X7R，10%	0603	C1608X7R1H103K	TDK
1	C3	220 μF	POSCAP电容，10V，40mΩ，20%	7343(D)	10TPB220M	Sanyo
0	C4	4.7 μF	陶瓷电容，50V，X5R，20%	1812	C4532X5R1H475MT	TDK
1	D1	-	肖特基二极管，3A，40V	SMA	B340A	Diode Inc
2	J1, J2	-	2针端子块，6 - A，3.5mm	0.27 × 0.25	ED1514	OST
1	JP1	-	2针引脚，100mil间距，(36 - 针条)	0.100 × 2	PTC36SAAN	Sullins
0	L1	22 μH	功率电感，3.6A，50mΩ	0.484 × 0.484	MSS1278 - 223MLB	Coilcraft
0	L1	18 μH	功率电感，4A，43mΩ	0.484 × 0.484	MSS1278 - 183MLB	Coilcraft
1	R1	10.0k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R2	3.24k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	R3	0	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
4	TP1, TP3, TP5, TP6	-	红色通孔测试点，颜色编码	0.100 × 0.100	5000	Keystone
2	TP2, TP4	-	黑色通孔测试点，颜色编码	0.100 × 0.100	5001	Keystone
1	U1	-	开关降压调节器，5.5V - 36V，3A，SO8[DDA]	-	TPS5430DDA	TI
0	U1	-	开关降压调节器，5.5V - 23V，3A，SO8[DDA]	-	TPS5431DDA	TI
1	PCB	1.95 In × 1.65 In × 0.062 In	-	-	HPA173	Any
-	-	-	分流器，100mil，黑色