TPS56C215 SWIFT™ 降压转换器评估模块使用指南

一、引言

德州仪器（Texas Instruments）的TPS56C215是一款同步降压转换器，能够提供高达14A的输出电流，输入电压范围为4.5V至17V。TPS56C215EVM - 762评估模块旨在展示使用该调节器进行设计时所需的小印刷电路板面积。下面我们将详细介绍该评估模块的相关信息，包括其背景、性能规格、测试设置与结果、电路板布局以及原理图和物料清单等内容。

文件下载：TPS56C215EVM-762.pdf

1.1 背景

TPS56C215采用专有的DCAP3控制模式，通过MODE引脚可选择输出电流限制、开关频率以及强制连续导通模式（FCCM）/不连续导通模式（DCM）操作。评估模块的MODE引脚配置为1.2MHz开关频率、12A和DCM操作。该转换器将高端和低端MOSFET以及栅极驱动电路集成在封装内，MOSFET的低漏源导通电阻使得TPS56C215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，外部分压器允许输出电压可调，同时该转换器还提供可调的软启动、欠压锁定输入和电源良好输出。

评估模块	输入电压范围	输出电流范围
TPS56C215EVM - 762	VIN = 4.5V至17V	0A至12A

1.2 性能规格总结

TPS56C215EVM - 762的性能规格总结如下表所示，除非另有说明，测试条件为输入电压(V_{IN}=12V)，输出电压为1.2V，环境温度为25°C。

规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VIN电压范围	-	4.5	12	17	V
VIN启动电压	内部UVLO	-	-	-	V
VIN停止电压	内部UVLO	-	-	-	V
输出电压设定点	-	-	1.2	-	V
输出电流范围	(V_{IN}=9.2V)至14V	0	-	12	A
线路调节	(I0 = 6A)，(V{IN}=4.5V)至17V	-	-	±0.05%	-
负载调节	(V_{IN}=12V)，(I_0 = 0A)至12A	-0.02%	-	+0.6%	-
负载瞬态响应	(I_0 = 3A)至9A	(I_0 = 9A)至3A	电压变化	-30	-	30	mV
负载瞬态响应	(I_0 = 3A)至9A	(I_0 = 9A)至3A	恢复时间	50	-	50	μs
环路带宽	(V_{IN}=12V)，(I_0 = 6A)	-	135	-	kHz
相位裕度	(V_{IN}=12V)，(I_0 = 6A)	-	72	-	度
输入纹波电压	(I_0 = 12A)	-	-	120	mVPP
输出纹波电压	(I_0 = 12A)	-	-	10	mVPP
输出上升时间	-	-	6	-	ms
工作频率	-	-	1.2	-	MHz
最大效率	TPS56C215EVM - 762，(V_{IN}=5V)，(I_0 = 5.7A)	-	82.2%	-	-

1.3 修改

该评估模块旨在提供对TPS56C215功能的访问，并且可以进行一些修改。

• 输出电压设定点：输出电压由电阻分压器网络R7（(R{(TOP)})）和R9（(R{(BOT)})）设置，R9固定为10.0kΩ。要更改评估模块的输出电压，需要更改电阻R7的值。对于特定输出电压，R7的值可以使用公式(R{(TOP)}=frac{R{(BOT)} xleft(V{OUT}-V{REF}right)}{V_{REF}})计算。
• 可调欠压锁定（UVLO）：欠压锁定（UVLO）可以使用R1（(R{EN(TOP)})）和R2（(R{EN(BOT)})）进行外部调整。评估模块上未安装R1和R2，使用内部UVLO默认设置。详细的外部UVLO设置说明请参考TPS56C215数据手册（SLVSD05）。

二、测试设置与结果

2.1 输入/输出连接

TPS56C215EVM - 762提供了输入/输出连接器和测试点，具体信息如下表所示。必须通过一对20 - AWG或更粗的电线将能够提供大于4A电流的电源连接到J1，负载必须通过一对20 - AWG或更粗的电线连接到J2，最大负载电流能力为12A。应尽量减小电线长度以减少电线中的损耗。测试点TP1用于监测(V_{IN})输入电压，TP2提供方便的接地参考；TP9用于监测输出电压，TP10作为接地参考。

参考设计号	功能
J1	(V{IN})输入电压连接器（(V{IN})范围见表1 - 1）
J2	1.2V，最大10A
J3	2引脚启用头，将EN接地禁用，开路启用VOUT
J4	VOUT，1.2V，最大10A
TP1	(V_{IN})测试点
TP2	(V_{IN})连接器处的GND测试点
TP3	软启动（SS）测试点
TP4	PGOOD测试点
TP5	VREG5测试点
TP6	分压器网络和输出之间的测试点，用于环路响应测量
TP7	SW节点测试点
TP8	AGND测试点
TP9	VOUT测试点
TP10	GND测试点

2.2 效率

该评估模块的效率在负载电流约为5A时达到峰值，然后随着负载电流接近满载而降低。在环境温度为25°C时，TPS56C215EVM - 762的效率曲线如图2 - 1和图2 - 2所示。需要注意的是，由于内部MOSFET的漏源电阻随温度变化，在较高环境温度下效率可能会降低。

2.3 输出电压负载调节

图2 - 3和图2 - 4展示了TPS56C215EVM - 762在(V{IN}=5V)和(V{IN}=12V)时的负载调节情况，测量是在环境温度为25°C下进行的。

2.4 输出电压线路调节

图2 - 5显示了TPS56C215EVM - 762的线路调节情况。

2.5 负载瞬态

图2 - 6展示了TPS56C215EVM - 762对负载瞬态的响应，电流阶跃从3A到9A，电流阶跃斜率为1A/µs，总峰 - 峰电压变化包括输出上的纹波和噪声，瞬态波形使用板载快速瞬态电路进行测量。

2.6 环路特性

图2 - 7显示了TPS56C215EVM - 762在(V_{IN}=12V)、负载电流为5A时的环路响应特性，包括增益和相位图。

2.7 输出电压纹波

图2 - 8、图2 - 9和图2 - 10分别展示了TPS56C215EVM - 762在负载电流为10mA、800mA和12A时的输出电压纹波，(V_{IN}=12V)，纹波电压直接在TP7和TP8之间测量。

2.8 输入电压纹波

图2 - 11、图2 - 12和图2 - 13分别展示了TPS56C215EVM - 762在负载电流为10mA、800mA和12A时的输入电压纹波，(V_{IN}=12V)，纹波电压直接在TP1和TP2之间测量。

2.9 上电

图2 - 14和图2 - 15展示了TPS56C215EVM - 762的启动波形。在图2 - 14中，当输入电压达到UVLO阈值时，输出电压立即上升；在图2 - 15中，首先施加输入电压，通过J2处的跳线将EN接地来抑制输出，移除跳线后，EN释放，当EN电压达到启用阈值电压时，启动序列开始，输出电压上升到外部设置的1.2V值。

2.10 断电

图2 - 16和图2 - 17展示了TPS56C215EVM - 762的关机波形，输入电压为12V，负载为1Ω。

三、电路板布局

3.1 布局

TPS56C215EVM - 762的电路板布局如图3 - 1至图3 - 5所示。评估模块的顶层布局采用典型的用户应用方式，顶层、底层和内部层均为2盎司铜。

• 顶层包含(V{IN})、(V{OUT})和SW的主电源走线，以及TPS56C215其余引脚的连接和大部分信号走线，有大面积的接地区域。
• 内部层1是专用接地平面，有一个用于安静模拟接地的孤岛，该孤岛在单点连接到主电源接地平面。
• 内部层2包含额外的大接地铜区域以及额外的(V{IN})和(V{OUT})铜填充。
• 底层是另一个接地平面，有两条额外的走线用于输出电压反馈和BST电容器连接。顶层接地走线通过电路板周围放置的多个过孔连接到底层和内部接地平面。 输入去耦电容器和自举电容器都尽可能靠近IC放置，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（TP9测试点处的铜(V_{OUT})走线）连接到输出电压。对于TPS56C215，根据评估模块与输入电源的连接情况，可能需要额外的输入大容量电容器。关键模拟电路，如电压设定点分压器、EN电阻、SS电容器、MODE电阻和AGND引脚，连接到内部层1上的安静模拟接地孤岛。

四、原理图和物料清单

4.1 原理图

图4 - 1为TPS56C215EVM - 762的原理图。

4.2 物料清单

TPS56C215EVM - 762的物料清单如下表所示：

设计号	数量	值	描述	封装	参考零件号	制造商
!PCB1	1	印刷电路板	PWR762	Any	-	-
C1, C2, C9	3	0.1uF	陶瓷电容器，0.1µF，25V，±10%，X7R，0603	0603	GRM188R71E104KA01D	Murata
C3, C4, C5, C6	4	22uF	陶瓷电容器，22µF，35V，±20%，X5R，0805	0805	C2012X5R1V226M125AC	TDK
C7	1	0.047uF	陶瓷电容器，0.047µF，50V，±10%，X7R，0603	0603	GRM188R71H473KA61D	Murata
C8	1	4.7uF	陶瓷电容器，4.7µF，10V，±20%，X5R，0603	0603	GRM188R61A475ME15	Murata
C10	1	56pF	陶瓷电容器，56pF，50V，±5%，C0G/NP0，0603	0603	GRM1885C1H560JA01D	Murata
C11, C12, C13, C14	4	47uF	陶瓷电容器，47µF，10V，±20%，X5R，0805	0805	GRM21BR61A476ME15	Murata
J1, J2	2	端子块	5.08MM垂直2引脚，通孔	-	ED120/2DS	On - Shore Technology
J3	1	100mil，2x1，镀金，通孔插头	-	HTSW - 102 - 07 - G - S	Samtec
L1	1	470nH	屏蔽鼓芯电感器，铁粉芯，470nH，17.5A，0.004欧姆，表面贴装	-	IHLP2525CZERR47M01	Vishay - Dale
LBL1	1	热转印标签	1.250"W x 0.250"H - 每卷10000个	-	THT - 13 - 457 - 10	Brady
R3, R7, R9	3	10.0k	电阻，10.0k，1%，0.1W，0603	0603	CRCW060310K0FKEA	Vishay - Dale
R4	1	52.3k	电阻，52.3k，1%，0.1W，0603	0603	CRCW060352K3FKEA	Vishay - Dale
R5	1	49.9k	电阻，49.9k，1%，0.1W，0603	0603	CRCW060349K9FKEA	Vishay - Dale
R6, R8	2	0	电阻，0，5%，0.1W，0603	0603	MCR03EZPJ000	Rohm
SH - J3	1	1x2分流器，100mil，镀金，黑色	-	969102 - 0000 - DA	3M
TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6, TP7, TP8, TP9, TP10	10	表面贴装测试点，微型	-	5015	Keystone
U1	1	4.5V至17V输入，12A同步降压转换器	-	RNN0017A	Texas Instruments
FID1, FID2, FID3	0	基准标记	-	-	N/A	N/A
R1	0	57.6k	电阻，57.6k，1%，0.1W，0603	0603	CRCW060357K6FKEA	Vishay - Dale
R2	0	12.1k	电阻，12.1k，1%，0.1W，0603	0603	CRCW060312K1FKEA	Vishay - Dale

五、修订历史

该文档有多次修订，不同版本之间存在一些更改，如更新用户指南标题、更改表格和图的编号格式、修改原理图中的引脚等。详细的修订历史如下：

• 从修订版B（2017年8月）到修订版C（2021年6月）：更新了用户指南标题，更新了文档中表格、图形和交叉引用的编号格式。
• 从修订版A（2016年4月）到修订版B（2017年8月）：更改了TPS56C215EVM - 762原理图中的引脚17和引脚18。
• 从