TPSM365R1x：高效同步降壓DC/DC電源模塊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在工業(yè)電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款性能卓越、功能豐富且易于使用的電源模塊往往能為工程師們帶來(lái)極大的便利。今天，我們就來(lái)深入探討一下德州儀器（TI）推出的TPSM365R1x系列3 - V至65 - V、100 - mA和150 - mA寬輸入電壓同步降壓DC/DC電源模塊。

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一、產(chǎn)品概述

TPSM365R1x將功率MOSFET、集成電感器和自舉電容器集成在一個(gè)緊湊且易于使用的3.5mm × 4.5mm × 2mm、11引腳QFN封裝中。這種小尺寸的HotRod? QFN封裝技術(shù)不僅增強(qiáng)了熱性能，還降低了電磁干擾（EMI）。該系列產(chǎn)品支持固定3.3 - V和5 - V輸出，以及1 V至16 V的可調(diào)輸出電壓，適用于工廠自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化和家電等多種應(yīng)用場(chǎng)景。

二、關(guān)鍵特性

2.1 功能安全能力

具備功能安全能力，并提供相關(guān)文檔以輔助功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為對(duì)安全要求較高的應(yīng)用提供了保障。

2.2 多功能同步降壓模塊

• 寬輸入電壓范圍：支持3 - V至65 - V的寬輸入電壓范圍，最高可承受70 - V的輸入瞬態(tài)，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 集成設(shè)計(jì)：集成了MOSFET、電感器和控制器，減少了外部元件數(shù)量，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
• 頻率可調(diào)：通過(guò)RT引腳可將頻率從200 kHz調(diào)整到2.2 MHz，方便工程師根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 低EMI性能

• 偽隨機(jī)擴(kuò)頻：采用偽隨機(jī)擴(kuò)頻技術(shù)，降低了峰值發(fā)射，減少了電磁干擾。
• 引腳可選模式：通過(guò)MODE/SYNC引腳可選擇FPWM模式，實(shí)現(xiàn)輕載時(shí)的恒定頻率操作，還支持頻率同步。
• 符合CISPR11 Class B標(biāo)準(zhǔn)：滿(mǎn)足相關(guān)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，適用于對(duì)EMI要求嚴(yán)格的應(yīng)用。

2.4 可擴(kuò)展設(shè)計(jì)

與TPSM365R3（65 V，300 mA）、TPSM365R6（65 V，600 mA）、TLVM23615（36 V，1.5 A）和TLVM23625（36 V，2.5 A）引腳兼容，方便進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)。

2.5 保護(hù)特性

• 精確使能輸入：具備精確的使能輸入和開(kāi)漏PGOOD指示燈，可用于控制、排序和輸入欠壓鎖定（UVLO）。
• 過(guò)流和熱關(guān)斷保護(hù)：內(nèi)置過(guò)流和熱關(guān)斷保護(hù)功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

三、引腳配置與功能

TPSM365R1x的引腳配置豐富，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，PGOOD引腳為開(kāi)漏功率良好標(biāo)志輸出，可用于指示系統(tǒng)狀態(tài)；EN引腳為調(diào)節(jié)器的使能輸入，控制模塊的開(kāi)啟和關(guān)閉；VIN引腳為調(diào)節(jié)器的輸入電源，需連接高質(zhì)量的旁路電容；VOUT引腳為輸出電壓，連接到內(nèi)部輸出電感器和負(fù)載等。詳細(xì)的引腳功能可參考文檔中的引腳功能表。

四、電氣特性

4.1 絕對(duì)最大額定值

規(guī)定了器件在不同電壓、溫度等條件下的極限值，如VIN到GND的電壓范圍為 - 0.3 V至70 V，操作時(shí)超出這些絕對(duì)最大額定值可能會(huì)導(dǎo)致器件永久損壞。

4.2 ESD額定值

該器件的人體模型（HBM）靜電放電額定值為±2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）為±1000 V，在使用過(guò)程中需要注意靜電防護(hù)。

4.3 推薦工作條件

推薦的輸入電壓范圍為3 V至65 V，輸出電壓可調(diào)范圍為1 V至16 V，不同型號(hào)的輸出電流有所不同，如TPSM365R15的負(fù)載電流范圍為0至0.15 A，TPSM365R1為0至0.1 A。同時(shí)，還給出了頻率設(shè)置、工作結(jié)溫和環(huán)境溫度等推薦條件。

4.4 電氣參數(shù)

文檔詳細(xì)列出了各種電氣參數(shù)，如最小工作輸入電壓、關(guān)斷靜態(tài)電流、非開(kāi)關(guān)輸入電流、使能閾值、內(nèi)部LDO電壓等，這些參數(shù)為工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和性能評(píng)估提供了重要依據(jù)。

五、工作模式

5.1 關(guān)機(jī)模式

當(dāng)EN/UVLO引腳電壓低于0.4 V時(shí)，內(nèi)部LDO禁用，內(nèi)部功率MOSFET不進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，此時(shí)靜態(tài)電流典型值為0.55 μA（VIN = 13.5 V）。

5.2 待機(jī)模式

當(dāng)EN/UVLO引腳電壓大于VEN - WAKE但小于VEN - VOUT時(shí)，內(nèi)部LDO啟用，但內(nèi)部功率MOSFET仍保持關(guān)閉，直到EN/UVLO引腳電壓超過(guò)精度使能閾值且輸入電壓滿(mǎn)足要求。

5.3 活動(dòng)模式

當(dāng)EN/UVLO引腳電壓高于VEN - VOUT且輸入電壓足夠高，且沒(méi)有其他故障條件時(shí)，器件進(jìn)入活動(dòng)模式。在活動(dòng)模式下，根據(jù)負(fù)載電流、輸入電壓和輸出電壓的不同，器件可處于連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）、自動(dòng)模式（AUTO Mode）、固定脈沖寬度調(diào)制模式（FPWM Mode）、最小導(dǎo)通時(shí)間模式或降壓模式等。

六、應(yīng)用與設(shè)計(jì)

6.1 典型應(yīng)用電路

文檔給出了TPSM365R15的典型應(yīng)用電路示例，包括輸入電容、輸出電容、反饋電阻等元件的連接方式。通過(guò)合理選擇這些元件的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同的輸出電壓和性能要求。

6.2 設(shè)計(jì)步驟

• 選擇開(kāi)關(guān)頻率：可參考標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓對(duì)應(yīng)的推薦開(kāi)關(guān)頻率，如5 - V輸出時(shí)推薦開(kāi)關(guān)頻率為1 MHz。
• 設(shè)置輸出電壓：可以選擇固定輸出配置或可調(diào)輸出配置。固定輸出配置可簡(jiǎn)化布局，可調(diào)輸出配置則可根據(jù)需要通過(guò)反饋電阻設(shè)置輸出電壓。
• 電容選擇：輸入電容應(yīng)選擇高質(zhì)量的陶瓷電容，以保持輸入電壓紋波小；輸出電容需滿(mǎn)足一定的有效電容值要求，以確保正常運(yùn)行和良好的瞬態(tài)響應(yīng)。
• 其他連接：RT引腳可用于設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率，MODE/SYNC引腳可控制工作模式，EN引腳可添加電阻分壓器實(shí)現(xiàn)精確輸入欠壓鎖定，PGOOD引腳需連接上拉電阻以產(chǎn)生功率良好信號(hào)。

6.3 布局指南

PCB布局對(duì)開(kāi)關(guān)電源的性能至關(guān)重要。為了實(shí)現(xiàn)最佳的功率轉(zhuǎn)換性能、熱性能和最小的EMI，應(yīng)遵循以下布局指南：

• 輸入電容應(yīng)盡可能靠近VIN和GND端子，以減小回路面積。
• VCC旁路電容應(yīng)靠近VCC引腳，并使用短而寬的走線連接。
• 反饋分壓器應(yīng)靠近FB引腳，避免反饋路徑受到噪聲干擾。
• 使用至少一個(gè)中間層作為接地平面，以屏蔽噪聲和散熱。
• 為VIN、VOUT和GND提供寬路徑，以減少電壓降。
• 提供足夠的PCB面積用于散熱，可使用多層銅層和熱過(guò)孔。

七、總結(jié)

TPSM365R1x系列電源模塊以其緊湊的設(shè)計(jì)、豐富的功能和出色的性能，為工業(yè)電源設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是在功能安全、EMI性能還是可擴(kuò)展性方面，都表現(xiàn)出色。工程師們?cè)谑褂迷撃K進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分了解其特性和參數(shù)，遵循設(shè)計(jì)指南，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過(guò)類(lèi)似電源模塊的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。