TPS54228 降压转换器评估模块使用指南

在电子工程师的日常工作中，电源管理芯片的应用十分广泛。今天要给大家介绍的是德州仪器（Texas Instruments）的 TPS54228 降压转换器评估模块（TPS54228EVM - 686），下面将从多个方面详细介绍这个模块。

文件下载：TPS54228EVM-686.pdf

一、TPS54228 芯片概述

TPS54228 是一款单通道、自适应导通时间、采用 D - CAP2™ 模式的同步降压转换器。它具有以下显著特点：

• 外部元件数量少：这使得电路设计更加简洁，降低了成本和 PCB 面积。
• D - CAP2™ 控制电路：该控制电路针对低 ESR 输出电容器（如 POSCAP、SP - CAP 或陶瓷类型）进行了优化，无需外部补偿即可实现快速瞬态响应。
• 固定开关频率：内部设定的标称开关频率为 700 kHz，有助于稳定电路性能。
• 集成 MOSFET：高侧和低侧开关 MOSFET 以及栅极驱动电路都集成在 TPS54228 封装内，低的 MOSFET 漏源导通电阻使得该芯片能够实现高效率，并在高输出电流时保持较低的结温。
• Eco 模式：具备自动跳过的 Eco 模式操作，可提高轻载效率。

该芯片能够在 4.5 V 至 18 V 的输入电压源下提供高达 2 A 的输出，输出电压范围为 0.76 V 至 7.0 V。TPS54228EVM - 686 评估模块则是一个单通道同步降压转换器，可在 4.5 - 18 V 输入下提供 1.05 V、2 A 的输出。

二、性能规格总结

输入输出参数

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	-	700	-	kHz
输出电流范围	-	0	-	2	A
线性调整率	IO = 1 A	-	-	±0.22	%
负载调整率	VIN = 12 V	-	+0.85 / - 0.02	-	%
过流限制	VIN = 12 V，LO = 1.5 µH	2.5	3.3	4.7	A
输出纹波电压	VIN = 12 V，IO = 3 A	-	-	15	mVPP
最大效率	VIN = 5 V，IO = 0.3 A	-	85.1	-	%

这些参数为我们在实际应用中评估该模块的性能提供了重要依据。大家在设计电路时，要根据具体需求来参考这些参数，思考如何优化电路以达到最佳性能。

三、模块修改

输出电压设定点

如果需要改变评估模块的输出电压，需要改变电阻 R1 的值。对于 0.76 V 至 7.0 V 的输出电压，可以使用公式 (V_O = 0.765 times (1 + frac{R1}{R2})) 来计算 R1 的值。表 3 - 1 列出了一些常见输出电压对应的 R1 值，不过这些电阻值是标准值，并非通过公式精确计算得出。对于 1.8 V 或更高的输出电压，可能需要一个前馈电容（C4）来改善相位裕度，印刷电路板上提供了该组件（C4）的焊盘。

输出滤波器和闭环响应

TPS54228 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。不过，其他输出滤波器组件值也可能提供可接受的闭环特性。R3 和 TP4 方便我们断开控制环路并测量闭环响应。在实际设计中，大家可以根据具体情况调整这些组件的值，以达到最佳的闭环响应。

四、测试设置与结果

输入/输出连接

TPS54228EVM - 686 提供了输入/输出连接器和测试点。需要使用能够提供 2 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 J2，最大负载电流能力为 2 A。为了减少电线中的损耗，应尽量缩短电线长度。测试点 TP1 用于监测输入电压（VIN），TP2 作为接地参考；TP8 用于监测输出电压，TP9 作为接地参考。

启动程序

1. 确保 JP1（使能控制）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（使能控制）的跳线移动到覆盖 EN 和 ON，此时评估模块将启用输出电压。

各项测试结果

• 效率：在环境温度为 25°C 时，给出了不同输入电压下的效率曲线，包括正常负载和轻载情况下的效率。从曲线中我们可以看到，在不同输入电压和输出电流下，模块的效率表现有所不同。大家可以思考如何根据这些效率曲线来优化电源设计，以提高整个系统的效率。
• 负载调整率：通过不同输入电压下的负载调整率曲线（如 (V{IN}=5V) 和 (V{IN}=12V)），可以看到输出电压随输出电流变化的情况。这对于需要稳定输出电压的应用非常重要，我们可以根据这些曲线来评估模块在不同负载下的性能。
• 线性调整率：线性调整率曲线展示了输出电压随输入电压变化的情况，有助于我们了解模块在输入电压波动时的稳定性。
• 负载瞬态响应：当电流从 0.5 A 阶跃到 1.5 A 时，给出了模块的负载瞬态响应曲线，显示了总峰 - 峰电压变化。这对于需要快速响应负载变化的应用至关重要。
• 输出电压纹波：分别给出了额定满载（2 A）、Eco 模式启动时（30 mA）和 Eco 模式运行时（0 mA）的输出电压纹波曲线。输出电压纹波的大小会影响到系统的稳定性和性能，我们需要根据这些曲线来评估模块在不同工作状态下的纹波情况。
• 输入电压纹波：给出了额定满载（2 A）时的输入电压纹波曲线，这有助于我们了解模块对输入电源的影响。
• 启动：分别给出了相对于 (V_{IN}) 和使能（EN）的启动波形，让我们可以直观地看到模块在启动过程中的电压变化情况。

五、电路板布局

布局特点

TPS54228EVM - 686 的电路板布局具有以下特点：

• 顶层：包含 VIN、VO 和接地的主要电源走线，还有 TPS54228 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、测试点以及所有组件都位于顶层，顶层还提供了一个模拟接地（GND）区域，模拟接地（GND）和电源接地（PGND）在顶层靠近 C6 的单点连接。
• 底层：主要是电源接地，但也有一条将 VIN 连接到使能跳线的走线、一条将 VREG5 连接到 TP5 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至关重要，大家在设计自己的电路时，可以参考这种布局方式，思考如何优化布局以减少干扰和提高性能。

六、原理图、物料清单和参考资料

原理图

提供了 TPS54228EVM - 686 的原理图，从原理图中我们可以清晰地看到各个组件之间的连接关系，这对于理解电路的工作原理非常有帮助。

物料清单

详细列出了模块中各个组件的信息，包括参考编号、数量、值、描述、尺寸、零件编号和制造商等。这对于采购组件和进行电路组装非常重要。

参考资料

提供了德州仪器 TPS54228 的数据手册作为参考，大家可以进一步查阅该数据手册以获取更详细的芯片信息。

七、修订历史

从 2011 年 5 月的版本到 2021 年 10 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。了解修订历史可以帮助我们了解文档的更新情况，以及可能存在的改进和变化。

通过以上对 TPS54228 降压转换器评估模块的详细介绍，相信大家对该模块有了更深入的了解。在实际应用中，我们可以根据这些信息来设计和优化电路，以满足不同的需求。大家在使用过程中遇到什么问题，欢迎一起交流探讨。