Texas Instruments TPS546A24S SWIFT?同步降壓式轉(zhuǎn)換器是一款高度集成、非隔離式直流/直流轉(zhuǎn)換器，具有PMBus^?^ 和擴展寫保護。該降壓轉(zhuǎn)換器提供2.95V至18V的輸入電壓范圍、 12種可選開關(guān)頻率（從225kHz至1.5MHz）以及10A的輸出電流。如果與兩個、三個和四個其他TPS546A24S轉(zhuǎn)換器互連，TPS546A24S轉(zhuǎn)換器可在單個輸出上提供最高40A的電流。該降壓式轉(zhuǎn)換器集成了5.5m?/1.8m? MOSFET，并可使用PMBus VOUT_COMMAND通過引腳搭接選擇0.5V至5.5V或0.25V至5.5V輸出。TPS546A24S轉(zhuǎn)換器使用專有的固定頻率電流模式控制，具有輸入前饋和可選的內(nèi)部補償元件，可減小尺寸和提高穩(wěn)定性。 典型應(yīng)用包括數(shù)據(jù)中心交換機、機架式服務(wù)器、有源天線系統(tǒng)、遠(yuǎn)程無線電、基帶單元、自動測試設(shè)備、CT、PET和MRI。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments TPS546A24S SWIFT?同步降壓式轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊.pdf

特性

• 集成擴展安全功能
• 支持雙電源：
  • 2.95V至18V PVIN
  • 2.95V至18V AVIN（4VIN VDD5開關(guān)電壓）
• 集成5.5mΩ/1.8mΩ MOSFET
• 具有可選內(nèi)部補償?shù)钠骄娏髂Ｊ娇刂?/li>
• 可堆疊2個、3個和4個，電流共享高達(dá)40A，每個輸出可支持單個地址
• 通過引腳搭接的可選輸出電壓范圍為0.5V至5.5V，使用PMBus VOUT_COMMAND的電壓范圍為0.25V至5.5V
• 廣泛的PMBus命令集，可遙測VOUT 、IOUT 和內(nèi)部裸片溫度
• 通過內(nèi)部反饋分壓器實現(xiàn)差分遙感，可檢測到小于1%的VOUT 誤差，TJ 為-40°C至150°C
• 通過PMBus實現(xiàn)AVS和裕度調(diào)節(jié)
• 采用MSEL引腳，引腳編程PMBus默認(rèn)值
• 從225kHz到1.5MHz的12個可選開關(guān)頻率（8個引腳搭接選項）
• 頻率同步輸入和同步輸出
• 支持預(yù)偏置輸出
• 7mm x 5mm x 1.5mm，40引腳QFN封裝尺寸
• 直接兼容TPS546A24A

典型應(yīng)用圖

功能框圖

TPS546A24S同步降壓轉(zhuǎn)換器技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、核心特性

• 集成5.5mΩ(高邊)/1.8mΩ(低邊)高效率MOSFET
• 支持PMBus?數(shù)字接口與擴展寫保護功能
• 平均電流模式控制，可選擇內(nèi)部補償網(wǎng)絡(luò)
• 輸出電壓可通過引腳配置或PMBus命令設(shè)置(0.25V至5.5V范圍)
• 12種可編程開關(guān)頻率(225kHz至1.5MHz)
• 7mm×5mm×1.5mm 40引腳QFN封裝

二、核心技術(shù)解析

1. 平均電流模式控制架構(gòu)

TPS546A24S采用專有的固定頻率平均電流模式控制架構(gòu)，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

• 集成輸入前饋和可選內(nèi)部補償元件
• 最小化尺寸需求，同時在寬輸出電容范圍內(nèi)保持穩(wěn)定
• 通過VSHARE引腳實現(xiàn)多相電流共享
• 電壓環(huán)和電流環(huán)獨立可編程，支持靈活補償設(shè)計

控制環(huán)路結(jié)構(gòu)包含：

• ?電壓誤差積分器?：比較反饋電壓與基準(zhǔn)電壓
• ?電流誤差積分器?：調(diào)節(jié)調(diào)制器控制電壓以匹配電感電流
• ?導(dǎo)通時間調(diào)制器?：將電流誤差信號轉(zhuǎn)換為電感導(dǎo)通時間

2. 功率級設(shè)計

?輸入電源管理?：

• 分離的AVIN(控制器供電)和PVIN(功率級供電)引腳
• AVIN范圍：4V-16V(單電源)或2.95V-16V(分離電源)
• PVIN范圍：2.95V-16V
• 內(nèi)置三個線性穩(wěn)壓器(1.5V, 1.8V和5V)

?MOSFET配置?：

• 集成高邊和低邊功率MOSFET
• 高邊RDS(on)：5.5mΩ@25°C(VBOOT-VSW=4.5V)
• 低邊RDS(on)：1.8mΩ@25°C(VVDD5=4.5V)

3. PMBus數(shù)字接口

TPS546A24S提供完整的PMBus 1.3兼容接口，支持：

• 100kHz/400kHz/1MHz總線速度
• 標(biāo)準(zhǔn)PMBus命令集(OPERATION、VOUT_COMMAND等)
• 制造商特定命令(COMPENSATION_CONFIG等)
• SMBus警報響應(yīng)協(xié)議

?關(guān)鍵PMBus功能?：

• 輸出電壓動態(tài)調(diào)整(0.25V至5.5V)
• 開關(guān)頻率設(shè)置(225kHz至1.5MHz)
• 故障監(jiān)測與響應(yīng)配置
• 遙測數(shù)據(jù)讀取(電壓、電流、溫度)

三、典型應(yīng)用設(shè)計

1. 單相降壓轉(zhuǎn)換器

?基本參數(shù)設(shè)計?：

• 輸入電壓：12V
• 輸出電壓：1V@10A
• 開關(guān)頻率：550kHz
• 電感選擇：600nH

?關(guān)鍵外圍元件?：

• 輸入電容：低ESR陶瓷電容(建議2.2nF-10nF靠近PVIN)
• 輸出電容：根據(jù)瞬態(tài)響應(yīng)要求選擇
• 自舉電容：100nF/10V(X5R或更好)
• VDD5旁路：≥4.7μF/10V(X5R)

2. 多相并聯(lián)配置

TPS546A24S支持2×、3×或4×堆疊配置，通過以下方式實現(xiàn)電流共享：

• VSHARE引腳互聯(lián)實現(xiàn)均流控制
• BCX_CLK/BCX_DAT引腳用于器件間通信
• 單一PMBus地址管理整個堆棧

?設(shè)計要點?：

• 主控制器設(shè)置補償參數(shù)
• 從設(shè)備通過GOSNS/FLWR引腳配置
• 相位差自動分配(180°、120°或90°)
• 確保各相布局對稱性

四、保護功能詳解

1. 電壓保護

• ? 過壓保護(OVP) ?：可編程閾值(105%-140% VOUT)
• ? 欠壓保護(UVP) ?：可編程閾值(60%-95% VOUT)
• ? 輸入欠壓鎖定(UVLO) ?：可配置啟動/關(guān)斷閾值
• ?輸入過壓保護?：21V固定閾值(典型值)

2. 電流保護

• ? 過流保護(OCP) ?：可編程閾值(4A-23A每相)
• ?高邊短路保護?：自動觸發(fā)(1.5×OCP閾值)
• ?負(fù)電流保護?：-10A固定閾值

3. 熱管理

• ?可編程過溫警告?：0-160°C(1°C分辨率)
• ?過溫保護?：150°C(典型值)閾值
• ?熱折返?：170°C關(guān)斷(帶滯回)

五、PCB布局指南

1. ?功率回路布局?：
   • 保持PVIN、PGND和SW路徑短而寬
   • 使用多層板降低寄生電感
   • 在PVIN引腳附近放置高頻去耦電容
2. ?信號布線建議?：
   • 將敏感模擬信號(如VOSNS)遠(yuǎn)離開關(guān)節(jié)點
   • PMBus信號線適當(dāng)遠(yuǎn)離功率走線
   • 使用星型接地連接AGND和PGND
3. ?熱設(shè)計考慮?：
   • 最大化熱焊盤銅面積
   • 使用多個過孔連接各層散熱銅
   • 考慮空氣流動路徑優(yōu)化

六、性能優(yōu)化技巧

1. ?效率提升方法?：
   • 選擇適當(dāng)?shù)拈_關(guān)頻率權(quán)衡效率與尺寸
   • 使用外部5V電源驅(qū)動VDD5降低LDO損耗
   • 優(yōu)化死區(qū)時間設(shè)置
2. ?瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)化?：
   • 調(diào)整補償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(GmEA, RpEA等)
   • 選擇合適的輸出電容組合
   • 利用VOUT_TRANSITION_RATE控制壓擺率
3. ?EMI抑制措施?：
   • 添加snubber網(wǎng)絡(luò)抑制SW節(jié)點振鈴
   • 采用頻率同步功能降低系統(tǒng)噪聲
   • 優(yōu)化電感選擇和布局

七、常見問題解決方案

?問題1：啟動失敗?

• 檢查AVIN/VDD5 UVLO
• 驗證EN/UVLO引腳配置
• 確認(rèn)PMBus操作命令設(shè)置

?問題2：輸出電壓不穩(wěn)定?

• 檢查補償參數(shù)配置
• 驗證反饋網(wǎng)絡(luò)連接
• 確認(rèn)VOUT_SCALE_LOOP設(shè)置

?問題3：多相均流不平衡?

• 檢查VSHARE連接
• 驗證各相電感值匹配
• 確認(rèn)BCX通信正常