德州仪器TPS6050x降压电荷泵评估模块使用指南

一、重要声明

德州仪器（TI）保留对其产品和服务进行更改、改进和停产的权利。客户在下单前应获取最新信息，并验证其时效性和完整性。TI对硬件产品按销售时适用的规格提供标准保修，但并非对每个产品的所有参数都进行测试。TI不承担应用协助、客户产品设计等方面的责任，客户需对使用TI组件的产品和应用负责，并提供足够的设计和操作保障。同时，TI未授予与产品使用相关的专利、版权等知识产权许可，对信息的复制和产品的转售也有严格规定。

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评估模块（EVM）仅用于工程开发或评估，不适合商业用途，可能不具备最终产品所需的设计、营销和制造相关的保护措施，也可能不符合电磁兼容性指令。若EVM不符合用户指南中的规格，可在交付后30天内退款。用户需对产品的正确安全处理负责，并对TI因产品处理或使用产生的索赔进行赔偿。产品可能未通过监管合规或机构认证，用户需注意静电放电防护。

二、TPS6050x电荷泵简介

TI的TPS6050x电荷泵是调节式降压转换器。其中，TPS60500的输出电压可在0.8V至3.3V范围内调节，而TPS60501、TPS60502和TPS60503则分别具有3.3V、1.8V和1.5V的固定输出电压。这些器件的输入电压范围为1.8V至6.5V，且输入电压必须比输出电压至少高1V，最大输出电流为250mA。

三、EVM模块介绍

（一）EVM的作用

TPS60500至TPS60503的评估模块（EVM）有助于设计师评估这些器件。使用该EVM，可评估器件的各种模式及其性能，且只需一个直流电压源即可运行。电荷泵的布局与电感式DC/DC转换器的布局一样关键，EVM板的建议布局可作为参考，以减少设计时间。

（二）基本操作原理

TPS6050x器件包含一个多模式降压功率级，可自动选择转换模式。根据输入输出电压比，转换比可为1（LDO模式）、0.66、0.5或0.33。不同转换模式的实现提高了效率。若想了解不同操作模式和功能描述，可参考数据手册。

四、EVM详细描述

（一）原理图

要操作该板，需在VIN和GND之间连接具有适当电压水平的电源。在EN和GND之间连接跳线以启用器件，移除跳线则禁用器件，此时IC的电源电流降至0.05µA，且禁用时PG输出被拉低。输出电压由电阻分压器R3和R4设置为1.5V。

（二）布局

EVM的组件仅放置在板的顶层，尺寸为43.4 x 33.0 (mm^{2}) ，远大于IC及其电容所需的空间。IC和电容所需的总空间仅约为17mm x 11 (mm = 181 ~mm^{2}) 。电容是为性能而非空间优化的，若要最小化板空间，可使用更小的电容。底层信号为接地信号（GND），为保证良好性能，整个底层是一个GND平面，仅被一些过孔打断。

（三）设置步骤

为使EVM正常运行，需按以下步骤操作：

1. 在输出端（GND和OUT之间）连接负载，当 (Vout = 1.5 ~V) 时， (RLOAD ≥ 6) 。
2. 在输入端（In）和地（GND）之间连接具有适当电压的信号源（或电池组）：当输出电压为1.5V，输出电流 (lout = 150 ~mA) 时， (Vin = 2.4 ~V) 至6.5V；当输出电流 (lout = 250 ~mA) 时， (Vin = 3.0 ~V) 至6.5V。
3. 当输出电流 (> 150 ~mA) 时，将输出电容Cout增加到 (≥ 22 mu F) 。

五、电容选择

为获得最大输出电流和最佳性能，建议使用EVM上放置的电容。对于较低电流或允许较高输出电压纹波的情况，也可使用其他电容。建议输出电容在 (lout ≤ 50 ~mA) 时最小值为4.7uF，在 (lout > 50 ~mA) 时为10uF。当 (lout > 150 mA) 时，需要22uF或更大的输出电容，以确保系统稳定运行。飞行电容低于1µF时，最大输出功率会降低。

陶瓷电容能使电荷泵获得最佳性能。为减少电荷泵从一个传输阶段（输出电容充电）转换到另一个阶段时的尖峰，应在输入和输出端使用陶瓷电容。钽电容由于其等效串联电阻（ESR）过高，无法过滤这些尖峰。输入电容应尽可能靠近输入引脚（Vin）和GND放置，建议使用X5R或X7R陶瓷电容作为输入电容。

大家在使用TPS6050x EVM进行设计时，是否遇到过一些特殊的问题呢？又有哪些独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享交流。