TPS54626降压转换器评估模块使用指南

一、引言

在电子设计领域，降压转换器是一种常见且重要的电路元件。德州仪器（Texas Instruments）的TPS54626是一款单通道、自适应导通时间D - CAP2™模式同步降压转换器，它仅需极少的外部元件。其D - CAP2控制电路针对低ESR输出电容器（如POSCAP、SP - CAP或陶瓷类型）进行了优化，具备快速瞬态响应且无需外部补偿。开关频率内部设定为标称650 kHz，高侧和低侧开关MOSFET以及栅极驱动电路都集成在TPS54626封装内。MOSFET的低漏源导通电阻使TPS54626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™功能，可在轻载时实现更高效率。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6.5 A的输出，输出电压范围为0.76 V至5.5 V。

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二、性能规格总结

2.1 输入输出范围

TPS54626EVM - 608评估模块的输入电压范围为4.5 V至18 V，输出电流范围为0 A至6.5 A。在输入电压(V_{IN}=12 V)、输出电压为1.05 V（环境温度25°C）的条件下，其性能规格如下：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压范围 ((V_{IN}))	-	4.5	12	18	V
输出电压	-	-	1.05	-	V
工作频率	(V{IN}=9 V)，(I{O}=1 A)	-	650	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	6.5	A
过流限制	(V{IN}=12 V)，(L{O}=1.5 µH)	-	-	8.2	A
输出纹波电压	(V{IN}=12 V)，(I{O}=6.5 A)	-	-	7	(mV_{PP})

2.2 效率表现

从效率测试结果来看，在环境温度为25°C时，不同输入电压下的效率曲线有所不同。当输入电压为5 V和12 V时，随着输出电流的增加，效率呈现出一定的变化趋势。轻载时，通过自动跳过Eco - mode™功能，能有效提高效率。

三、模块修改

3.1 输出电压设定点

若要改变评估模块的输出电压，需要更改电阻R1的值。输出电压(V{O})与R1、R2的关系可通过公式(V{O}=0.765 times(1+frac{R1}{R2}))计算。表3 - 1列出了一些常见输出电压对应的R1值。对于1.8 V及以上的较高输出电压，可能需要一个前馈电容（C2）来改善相位裕度，并且为了自动跳过Eco - mode的稳定性，建议使用该电容。印刷电路板上提供了该元件（C2）的焊盘。

输出电压 (V)	(C{9}+C{10}+C_{11}) (µF)	(L_{1}) (µH)	(R_{2}) (kΩ)	(C_{2}) (pF)	(R_{1}) (kΩ)
1.0	6.81	5 - 220	22.1	1.0	1.5
1.05	8.25	5 - 220	22.1	1.0	1.5
1.2	12.7	5 - 100	22.1	1.0	1.5
1.5	21.5	5 - 68	22.1	1.0	1.5
1.8	30.1	5 - 22	22.1	1.2	1.5
2.5	49.9	5 - 22	22.1	1.5	2.2
3.3	73.2	5 - 22	22.1	1.8	2.2
5.0	124	5 - 22	22.1	2.5	3.3

四、测试设置与结果

4.1 输入/输出连接

TPS54626EVM - 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3 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5.5 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(V_{IN})输入电压，TP2作为接地参考；TP7用于监测输出电压，TP8作为接地参考。

4.2 启动程序

启动评估模块的步骤如下：

1. 确保JP1（启用控制）的跳线设置为从EN到OFF。
2. 将适当的(V_{IN})电压施加到J1的VIN和PGND端子。
3. 将JP1（启用控制）的跳线移动到覆盖EN和ON，此时评估模块将启用输出电压。

4.3 效率测试

从效率曲线（图4 - 1）可以看出，在环境温度为25°C时，不同输入电压下的效率随输出电流的变化情况。输入电压为5 V和12 V时，效率曲线有所不同，工程师可以根据实际应用需求选择合适的输入电压。

4.4 轻载效率

轻载效率曲线（图4 - 2）显示了在轻载情况下，TPS54626EVM - 608的效率表现。自动跳过Eco - mode™功能在轻载时发挥了重要作用，提高了效率。

4.5 负载调节

负载调节曲线（图4 - 3）展示了在不同输入电压下，输出电压随负载电流的变化情况。这对于评估转换器在不同负载条件下的稳定性非常重要。

4.6 线性调节

线性调节曲线（图4 - 4）反映了输出电压随输入电压的变化情况。在(I_{OUT}=3.25 A)的条件下，观察输入电压在4 V至18 V范围内变化时输出电压的稳定性。

4.7 负载瞬态响应

负载瞬态响应曲线（图4 - 5和图4 - 6）展示了转换器在负载突然变化时的响应情况。例如，从25%到75%负载阶跃以及从无负载到75%负载阶跃时，输出电压的变化情况。

4.8 输出电压纹波

输出电压纹波曲线（图4 - 7、图4 - 8和图4 - 9）显示了在不同输出电流下的输出电压纹波情况。分别给出了(I{OUT}=6.5 A)、(I{OUT}=300 mA)和(I_{OUT}=10 mA)时的纹波情况。

4.9 输入电压纹波

输入电压纹波曲线（图4 - 10）展示了在(I_{OUT}=6.5 A)时的输入电压纹波情况。

4.10 启动与关闭

启动波形（图4 - 11和图4 - 12）分别展示了相对于(V{IN})和EN的启动情况；关闭波形（图4 - 13和图4 - 14）展示了相对于(V{IN})和EN的关闭情况。这些波形对于了解转换器的启动和关闭特性非常重要。

五、电路板布局

5.1 布局特点

TPS54626EVM - 608的电路板布局包括顶层、内部层1、内部层2和底层。顶层包含VIN、VOUT和接地的主要电源走线，以及TPS54626引脚的连接和大面积的接地区域。许多信号走线也位于顶层，输入去耦电容尽可能靠近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。R3（连接VIN到VCC的0 - Ω电阻）和R4（电源良好上拉电阻）位于背面。模拟地和电源地在TPS54626引脚5附近的顶层单点连接。内部层1是包含模拟和电源地的分割平面，内部层2主要是电源地，还有VIN填充区域和将VCC路由到启用控制跳线JP1的走线。底层主要是模拟地，还有通过R3连接VIN到VCC的走线、电源良好信号走线以及从VOUT到电压设定点分压网络的反馈走线。

六、原理图、物料清单和参考资料

6.1 原理图

图6 - 1展示了TPS54626EVM - 608的原理图，清晰地呈现了各个元件之间的连接关系。

6.2 物料清单

详细的物料清单（表6 - 1）列出了评估模块中使用的所有元件，包括电容、电感、电阻、连接器、测试点等的参数和型号。

6.3 参考资料

参考资料为工程师提供了更深入了解TPS54626的途径，如德州仪器的“4.5V to 18V Input, 6.5 - A Synchronous Step - Down Converter with Eco - mode™ Data Sheet”。

七、修订历史

从2013年7月的版本到2021年8月的版本，文档进行了一些更新，包括更新用户指南标题、更新表格、图形和交叉引用的编号格式等。

在实际设计中，工程师可以根据这些信息，结合具体的应用需求，对TPS54626降压转换器进行合理的使用和优化。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。