TPS54824 SWIFT™ 降压转换器评估模块用户指南
1 TPS54824EVM-779 8A、SWIFT™ 稳压器评估模块
本用户指南包含 TPS54824EVM-779 评估模块 (PWR779) 以及 TPS54824 直流/直流转换器的信息，还包含 TPS54824EVM-779 的性能规格、原理图和物料清单。
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1 引言
1.1 背景
TPS54824 直流/直流转换器是一款同步降压转换器，可提供高达 8A 的输出电流。输入电压 (VIN) 的额定值为 4.5V 至 17V。表 1-1 中给出了评估模块的额定输入电压和输出电流范围。此评估模块旨在演示在使用 TPS54824 稳压器进行设计时可实现的小印刷电路板面积。RT/CLK 引脚配置为 700kHz 开关频率。TPS54824 封装内部采用了高侧和低侧 MOSFET 以及栅极驱动电路。MOSFET 的低漏源导通电阻有助于 TPS54824 实现高效率，并在输出电流较高的情况下帮助保持低结温。外部分压器能实现可调节的输出电压。此外，TPS54824 还提供可调节软启动、欠压锁定输入以及电源正常输出。
| EVM | 输入电压范围 | 输出电流范围 |
|---|---|---|
| TPS54824EVM-779 | VIN = 4.5 V 至 17 V | 0A 至 8A |
1.2 性能规格汇总
表 1-2 中提供了 TPS54824EVM-779 性能规格的汇总。除非另有说明，给出的规格适用于 VIN = 12V 输入电压和 1.8 V 输出电压。TPS54824EVM-779 的设计和测试条件是，VIN = 4.5V 至 17V。除非另有说明，所有测量的环境温度均为 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 | 4.4 | V | ||||
| VIN 停止电压 | 4 | V | ||||
| 输出电压设定点 | 1.8 | V | ||||
| 输出电流范围 | VIN = 4.5 V 至 17 V | 0 | 8 | A | ||
| 负载调整率 | VIN = 4.5V 至 17V，IO = 8 A | –0.1% | ||||
| 负载瞬态响应 | IO = 2A 至 6A | 电压变化 | -50 | mV | ||
| 恢复时间 | 75 | µs | ||||
| IO = 6A 至 2A | 电压变化 | 55 | mV | |||
| 恢复时间 | 75 | µs | ||||
| 环路带宽 | VIN = 12V，IO = 4 A | 116 | kHz | |||
| 相位裕度 | VIN = 12V，IO = 4 A | 58 | 度 | |||
| 输入纹波电压 | IO = 8 A | 270 | mVPP | |||
| 输出纹波电压 | IO = 8 A | 11 | mVPP | |||
| 输出上升时间 | 1.1 | ms | ||||
| 工作频率 (fSW) | 700 | kHz | ||||
| 最大效率 | TPS54824EVM-779，VIN = 5V，IO = 2A | 94.3% | ||||
1.3 在 –40°C 下评估 TPS54824EVM-779
TPS54824EVM-779 在 25°C 的室温下进行了设计和优化，要在 -40°C 下进行评估，必须调整补偿以提供足够的增益和相位裕度。针对 -40°C 评估的建议补偿变化为：R5 = 5.36kΩ，C18 = 5.6nF 且 C17 = 68pF。
1.4 更改
这些评估模块旨在帮助了解 TPS54824 的特性。此模块可能会做出一些修改。当对 EVM 上的元件进行修改时，可能需要更改连接到 COMP 引脚的补偿元件。fSW、输出电压、输出电感器和输出电容器的变化可能需要改变外部补偿。表 1-3 给出了不同应用的一些示例值。
1.4.1 输出电压设定点
输出电压由 R8 和 R6 的电阻分压器网络设置。R6 固定为 6.04kΩ。若要改变 EVM 的输出电压，需要改变电阻器 R8 的阻值。更改 R6 的值可以更改高于 0.6V 参考电压 VREF 的输出电压。特定输出电压的 R8 值可以使用Equation1 计算。
1.4.2 可调节 UVLO
欠压锁定 (UVLO) 可通过 R2 和 R9 从外部进行调节。有关如何设置外部 UVLO 的详细说明，请参阅 TPS54824 4.5V 至 17V（最大 19V）输入、8A 同步降压 SWIFT™ 转换器数据表。
1.4.3 常见输出电压的组件值示例
表 1-3 显示了评估不同输出电压时建议对 EVM 进行的修改。根据应用中的负载阶跃响应要求，输出电容器可能需要与此表中所示的值不同。可以使用更多或更少的输出电容。如果更改了输出电容器，可能需要调整补偿。此外，如果需要其他 fSW，可能也需要更改电感值 (L)。TPS54824 数据表公式或 WEBENCH 可用于计算输出电容值、补偿、fSW 和电感。
| VOUT (V) | fSW (kHz) | RT (R7) (kΩ) | L (µH) | COUT (µF) | RFBT (R8) (kΩ) | RC (R5) (kΩ) | CC (C18) (nF) | CP (C17) (pF) | CFF (C19) (pF) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 500 | 100 | 1.0 | 4x 47 | 4.02 | 3.32 | 10 | 180 | 470 |
| 1.8 | 500 | 100 | 1.5 | 4x 47 | 12.1 | 5.36 | 5.6 | 100 | 150 |
| 3.3 | 500 | 100 | 2.2 | 2x 47 | 27.4 | 3.32 | 10 | 180 | 68 |
2 测试设置和结果
本节介绍了如何正确连接、设置和使用 TPS54824EVM-779 评估模块。另外还包括评估模块的典型测试结果以及效率、输出电压调整率、负载瞬态、环路响应、输出纹波、输入纹波、启动和电流限制模式。
2.1 输入/输出连接
如表 2-1 中所示，TPS54824EVM-779 附带输入/输出连接器和测试点。必须通过一对 20 AWG 导线或更好的导线将能够提供 5 A 以上电流的电源连接到 J1。必须通过一对 20 AWG 导线或更高的导线将负载连接到 J2。最大负载电流能力为 12 A。必须尽可能减少导线长度以降低线损。测试点 TP1 提供了一个监测 VIN 输入电压的位置，而 TP7 提供了便捷的接地基准。在以 TP9 作为接地基准的情况下，TP4 用于监测输出电压。
| 参考标识符 | 功能 |
|---|---|
| J1 | VIN 输入电压连接器（有关 VIN 范围，请参阅表 1-1） |
| J2 | 用于连接负载的 VOUT 端子 |
| J3 | 用于实现使能的 2 引脚接头。添加分流器以将 EN 接地并禁用器件。 |
| J4 | 用于电源正常电阻器上拉连接的 2 引脚接头。添加分流器以上拉至 VOUT。 |
| TP1 | VIN 测试点 |
| TP2 | EN 测试点 |
| TP3 | SW 节点测试点 |
| TP4 | 1.8V 测试点 |
| TP5 | PGOOD 上拉测试点 |
| TP6 | PGOOD 测试点 |
| TP7 | PGND 测试点 |
| TP8 | SS/TRK 测试点 |
| TP9 | PGND 测试点 |
| TP10 | TPS54824 连接器的分压器网络和输出电压之间的测试点。用于环路响应测量。 |
| TP11 | PGND 测试点 |
| TP12 | AGND 测试点 |
| TP13 | AGND 测试点 |
| TP14 | PGND 测试点 |
| TP15 | 为同步提供外部 CLK 的测试点。应组装 C20 和 R10 才能使用。 |
2.2 效率
此 EVM 的效率在负载电流约为 4 A 时达到峰值，然后随着负载电流向满负载增加而降低。图 2-1 显示了 TPS54824EVM-779 在 25°C 环境温度条件下的效率。
图 2-1 TPS54824EVM-779 效率 - Cyntec 电感器图 2-2 显示了 TPS54824EVM-779 的效率；这里使用了半对数标度，以便更轻松地显示较低输出电流条件下的效率。环境温度为 25°C。
图 2-2 TPS54824EVM-779 低电流效率 - Cyntec 电感器图 2-3 显示了使用 WE 744311100 电感器时 TPS54824EVM-779 的效率。环境温度为 25°C。
图 2-3 TPS54824EVM-779 效率 - Wurth Electronics 744311100 电感器由于内部 MOSFET 漏源电阻的温度变化，在较高的环境温度下，效率可能会较低。
2.3 输出电压负载调整率
2.4 输出电压线性调整率
图 2-5 显示了 TPS54824EVM-779 的线性调整率。
图 2-5 TPS54824EVM-779 线性调整率2.5 负载瞬态
图 2-6 显示了 TPS54824EVM-779 对负载瞬态的响应。电流阶跃为 2 A 至 6 A。电流阶跃压摆率为 1 A/µs。总峰峰值电压变化如图所示，包括输出上的纹波和噪声。
图 2-6 TPS54824EVM-779 瞬态响应2.6 环路特性
图 2-7 显示了 TPS54824EVM-779 环路响应特征。所示为 VIN 为 12V 时的增益和相位曲线图。测量的负载电流为 4A。
图 2-7 TPS54824EVM-779 环路响应
2.9 上电
图 2-12 和图 2-13 显示了 TPS54824EVM-779 的启动波形。在图 2-12 中，一旦输入电压达到 UVLO 阈值，输出电压就会上升。在图 2-13 中，最初施加输入电压，通过使用外部函数发生器将 EN 拉至 GND 来抑制输出。当 EN 电压升高到使能阈值电压以上时，启动序列开始，输出电压斜升至 1.8V 的外部设置值。在这些图中，输入电压为 12V，负载为 1Ω。或者，也可以使用 J3 处的跳线将 EN 连接到 GND。移除跳线后，EN 将会释放，并且启动序列会开始。
图 2-12 TPS54824EVM-779 相对于 VIN 的启动
图 2-13 TPS54824EVM-779 相对于使能的启动
