用户指南

SLVU641

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2012年1月

TPS54120EVM ，低噪声1A电源评价

模块

本用户指南描述了操作使用TPS54120评估模块（ PWR103 ）作为

参考设计的TPS54120的工程示范和评估，噪音低1A电源

供应量。包括本用户指南中的设置和操作说明，原理图，布局

说明，材料清单以及测试结果。

目录

1

2

背景

..................................................................................................................

2

格局

.........................................................................................................................

2

2.1

输入和输出连接和跳线说明

.....................................................

2

2.2

修改

........................................................................................................

3

2.3

设备互连

...........................................................................................

4

手术

.....................................................................................................................

4

测试结果

.................................................................................................................

4

4.1

输出电压纹波

.............................................................................................

5

4.2

输出噪声

........................................................................................................

5

4.3

输出开启

.....................................................................................................

6

4.4

负载瞬态

.....................................................................................................

7

4.5

效率

............................................................................................................

8

4.6

热特性

............................................................................................

8

电路板布局

................................................................................................................

9

5.1

布局说明

.................................................................................................

9

概要

..................................................................................................................

12

材料清单

.............................................................................................................

13

图列表

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

无论是SW和LDO与400毫安负载时输出电压

..........................................................

5

3

4

5

6

7

........................................................................

切换器转换器输出电压导通， SW启用

............................................................

LDO的输出电压导通，使LDO

.............................................................................

LDO的输出电压导通， SW启用

...............................................................................

TPS54120瞬态响应

...........................................................................................

TPS54120的效率

.......................................................................................................

TPS54120热像

.................................................................................................

顶面丝印和路由

.......................................................................................

第二层（内部）路由

.........................................................................................

第三层（内部）路由

............................................................................................

底层丝印和路由

..................................................................................

概要

..................................................................................................................

输出频谱噪声密度与频率的关系

表格清单

5

6

6

7

7

8

9

10

11

11

12

12

1

2

EVM指标

.........................................................................................................

2

样本1％的电阻值通用软件输出电压

......................................................

3

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1

背景

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4

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样本1％的电阻值常用LDO输出电压

.....................................................

3

材料清单

.............................................................................................................

13

1

背景

德州仪器TPS54120 EVM （ PWR103 ）可以帮助设计工程师评估操作和

该TPS54120 （切换器+ LDO ），用于他们自己的电路应用可能使用的性能。这

特别是EVM配置包含所有必需的低噪声1A解决方案的外部元件

与内部热和电流限制停机，使电路在一个3.5mm X 5.5mm的QFN封装，

耐热增强型的PowerPAD 封装。

在IC （ PVIN ）的功率输入的额定1.6V至17V ，而控制输入端（ VIN）的额定电流为4.5至

17V 。该TPS54120提供两个输入端，但该EVM设计和测试用连接PVIN

到VIN与7V的最小输入电压。额定输入电压和输出电流范围进行评价

模块中给出

表1中。

此评估模块旨在演示小

与TPS54120装置进行设计时，可以实现印刷电路板的领域。该

开关频率被外部设置在标称480千赫。

集成的转换器（ SW）和LDO进行了优化，使TPS54120实现高效率，

和低输出噪声。补偿元件是外部的集成电路（IC ） ，和一个

外部除法器能实现到6V的可调LDO的输出电压为0.8V 。此外，该TPS54120

提供可调节慢启动，跟踪和使能输入。该TPS54120 ，包括其它外部

组件，能够提供高达1A的低噪声电源的负载。

表1. EVM指标

EVM

TPS54120

输入电压

7-17V

SW输出电压

4.1V

LDO输出电压

3.3V

输出电流

0-1A

2

格局

本节介绍EVM上的跳线和连接器，以及如何正确连接，安装

并使用TPS54120EVM 。

2.1

输入和输出连接和跳线说明

J1 - LDO输出

＆放大器;

J2 - GND ：

LDO的输出和接地连接器。默认设置为3.3V 。

这是从TPS54120输出的低噪声。

J3-VIN

＆放大器;

J4 - GND ：

输入电源电压和接地连接器。正输入引线和

从输入电源接地回路引线应绞，并保持尽可能短，以

最大限度地减少电磁干扰的传输。额外的大电容跨J3添加

＆放大器;

如果J4供应

引线是大于6英寸。例如，跨越J3的额外47μF的电解电容器

＆放大器;

J4

可以提高TPS54120的瞬态响应，同时消除了对输入不需要的振铃

由于长的导线连接。

J5:

为LDO的输出电压的SMA连接器。未填充的是连接器J5

TPS54120EVM （ PWR103 ） 。这足迹允许SMA型连接器的安装更多的

准确的PSRR测量。

J7 -SW OUT

＆放大器;

J6 - GND ：

该SW的输出和接地连接器。这是输出电压

来自转换器转换器和输入电压到LDO 。默认设置为4.1V

J8:

为SW的输出电压的SMA连接器。未填充的是连接器J8

TPS54120EVM （ PWR103 ） 。这足迹允许SMA型连接器的安装更多的

准确的PSRR测量。

JP1 - LDOEN ：

LDO使能。为使LDO的输出，从中心销连接跳线

该

“ON”时

引脚。这将连接的使能引脚LDO的输入电源。要禁用此连接跳线

从中心销对

“关”的

引脚。这简短的LDO使能引脚接地。

JP2 ：

切换器转换器的输出之间的跳线连接到LDO的输入。短接

跳线所需的正常运行。如果你想断开SW的LDO ，取出

短接跳线。

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格局

JP3 -SW EN ：

切换器允许跳线。要启用SWITCHER输出，离开这个跳线

未连接的（有一个内部上拉该引脚上） 。要禁用，安装短路跳线。这将

短暂的使能引脚接地。

TP1 - PWRGD ：

电源连接好测试点。这是电源良好集电极开路标志切换器

转换器。通过10K电阻将此引脚连接到稳压电源

<5.5V

监视的状态

切换器转换器输出。

TP2 - SENSE ：

西南感（反馈）引脚测试点。

TP3 -SW OUT ：

这是正转换器输出的测试点。除了J7 ，该测试点也可以

用于测量的转换器的输出电压。

TP4 - LDO IN：

LDO的输入电压测试点。

TP5 - LDO输出：

LDO输出测试点。除了J1，该测试点也可以被用于

测量LDO的输出电压。

2.2

修改

这些评估模块被设计成提供对TPS54120的特性。不过，

一些修改，可向本模块。

2.2.1

SW输出电压设定点

的切换器的输出电压由R5和R6的电阻分压网络设置。 R 6是固定在

规格为10Mohm 。改变的EVM的切换器的输出电压，就必须改变电阻器的值

R5 。 R 5中的一个特定的输出电压的值可用下式计算

公式1 。

注意，该软件

输出应该LDO输出最佳PSR和噪声性能上方0.8V 。

R5 = 10千欧（ SW VOUT- 0.8V ） / （ 0.8V ）

(1)

表2

列出了R5的值的一些共同的输出电压。在给定的值

表2

是标准

值，用计算出的不是精确值

公式1 。

表2.示例1 ％电阻值的通用软件输出电压

SW输出电压（ V）

1.8

2.5

3.3

4.1

5

6

R5值（千欧）

12.4

21.5

31.6

41.2

52.3

64.9

2.2.2

LDO输出电压设定点

LDO的输出电压也可以由一个外部电阻分压器网络（ R1和R2）来设定。 R2是

固定在规格为10Mohm 。改变的EVM的LDO的输出电压，就必须改变的值

电阻R1 。改变R1的值可以改变输出电压从0.8 V至6V 。 R1的值

一个特定的输出电压可用下式计算

式（2） 。

需要注意的是LDO输出应该是0.8V

下面SW输出为最佳的PSR和噪声性能。

R1 = 10 kΩ的（ LDO VOUT- 0.8V ） / （ 0.8V ）

(2)

表3

列出了R 1的值的一些共同的输出电压。需要注意的是最小输入电压VIN等于VOUT +

VDO或2.2V ，取较大值。在给定的值

表3

是标准值，而不是精确值

通过计算

式（2） 。

表3样品1％的电阻值通用LDO输出电压

LDO的输出电压（ V）

0.8

1

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R1值（千欧）

0 （短）

2.49

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手术

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表3样品1％的电阻值通用LDO输出电压

（续）

LDO的输出电压（ V）

1.2

1.5

1.8

2.5

3.3

5

R1值（千欧）

4.99

8.87

12.5

21

30.9

52.3

2.2.3

切换慢启动时间

慢启动时间可通过改变C7的值进行调整。利用

式（3）

计算所需的

C7的一所希望的慢启动时间值（ TSS ）

C7 （NF ）= TSS （ MS ） ISS （ μA ） / VREF （ V）

(3)

基本上该器件具有2.3的内部上拉电流源

μA = ISS

充电的外部慢

启动电容C7 。电压参考电压Vref （V ）这部分是0.8V 。

2.2.4

LDO开始向上

LDO的启动时间可以通过改变C 13的值来调整。除了启动时间，

上的N R端子的电容器，用于噪声降低为好。然而，降噪效果是

接近饱和的0.01μF 。

2.3

设备互连

关闭输入电源验证其输出电压被设定为所需的电源电压后

（小于17V以下）和电流限制设定为约500mA的电流。连接正电压引线

从输入电源到J3 （ Vin）和与接地线J4 （GND）。

连接0-1A负载（我

负载

） LDO的输出和GND用J1和J2之间

通过连接一个短路跳线JP1处禁用LDO的输出

“关”的

引脚连接到中心

引脚（ LDO EN） 。

3

手术

接通输入电源。验证切换器的输出电压接近4.1V的LDO

输出接近0V。

从连接跳线JP1使LDO输出

“ON”时

销的中心销（LDO EN） 。

验证LDO的输出电压为3.3V 。

变化的负载电流，并根据需要用于测试目的的VIN电压。

4

测试结果

本节提供典型性能波形的TPS54120EVM （ PWR103 ）特性

该EVM设计。

4

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测试结果

4.1

输出电压纹波

图1

示出了在LDO和切换器转换器的输出电压纹波为TPS54120EVM

与VIN = 12V ， SW OUT = 4.1V ， LDO OUT = 3.3V ， IOUT = 400毫安， Fswitching = 480kHz 。

无论是SW和LDO与400毫安负载图1.输出电压

4.2

输出噪声

图2

显示输出电压噪声谱与VIN = 12V ， LDO OUT =的TPS54120EVM

3.3V ， SW OUT = 4.1V ， IOUT = 400毫安， Fswitching = 480kHz 。

10

V

IN

= 12 V, V

OUT

= 3.3 V,

C

OUT

= 100

m

F，C

NR

= 0.1

m

F,

I

OUT

= 400毫安，女

SW

= 480千赫，

L1 = 22

m

H

输出噪声谱密度（

m

的V / SQRT（赫兹） ）

1

0.1

0.01

10

100

1000

10000

100000

的F - 频率 - 赫兹

1000000

10000000

图2.输出频谱噪声密度与频率的关系

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