TPS55289-Q1 36V/8A Buck-Boost轉(zhuǎn)換器技術(shù)解析：汽車(chē)級(jí)USB PD電源解決方案
Texas Instruments TPS55289/TPS55289-Q1 8A降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是一款同步降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可將適配器或電池電壓轉(zhuǎn)換為電源軌。TPS55289集成了四個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)，為USB供電 (USB PD) 應(yīng)用提供了緊湊的解決方案。Texas Instruments TPS55289/TPS55289-Q1具有高達(dá)30 V的輸入電壓能力。輸出電壓可通過(guò)I^2^C接口以10mV步長(zhǎng)在0.8V到22V范圍內(nèi)進(jìn)行編程。在升壓模式下工作時(shí)，該器件可通過(guò)12V輸入電壓提供60W的功率。它能夠通過(guò)9V輸入電壓提供45W的功率。TPS55289-Q1器件通過(guò)了AEC-Q100認(rèn)證，適合汽車(chē)應(yīng)用。
數(shù)據(jù)手冊(cè)：
*附件：TPS55289-Q1數(shù)據(jù)表.pdf
特性
- 可編程電源 (PPS) 支持USB供電 (USB PD)
- 3.0V至30V寬輸入電壓范圍
- 0.8V至22V，步進(jìn)可編程輸出電壓范圍為10mV
- 參考電壓精度：±1%
- 可調(diào)輸出電壓補(bǔ)償，用于電纜電壓降
- 可編程輸出電流限制：高達(dá)6.35A（50mA步進(jìn)）
- 精確輸出電流監(jiān)控：±5%
- I^2^C接口
- 在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)效率高
- V
IN= 12V，VOUT= 20V，IOUT= 3A時(shí)效率為96% - 輕負(fù)載時(shí)可編程PFM和FPWM模式
- V
- 避免頻率干擾和串?dāng)_
- 可選時(shí)鐘同步
- 可編程開(kāi)關(guān)頻率：200kHz至2.2MHz
- EMI抑制
- 可選可編程擴(kuò)頻
- 無(wú)引線(xiàn)封裝
- 豐富的保護(hù)特性
- 輸出過(guò)壓保護(hù)
- 斷續(xù)模式，用于輸出短路保護(hù)
- 熱關(guān)斷保護(hù)
- 平均電感器電流限制：8A
- 小尺寸解決方案
- 最大開(kāi)關(guān)頻率：高達(dá)2.2MHz
- 3.0mm × 5.0mm HotRod? QFN封裝
功能框圖
TPS55289-Q1 36V/8A Buck-Boost轉(zhuǎn)換器技術(shù)解析：汽車(chē)級(jí)USB PD電源解決方案
產(chǎn)品概述
TPS55289-Q1是德州儀器(TI)推出的汽車(chē)級(jí)同步Buck-Boost轉(zhuǎn)換器，專(zhuān)為USB Power Delivery (PD)應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)。該器件采用VQFN-HR封裝(3.0mm×5.0mm)，集成四個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)，可在3.0V至36V寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，輸出0.8V至22V可調(diào)電壓，最大輸出電流達(dá)8A，支持60W功率輸出(12V輸入時(shí))。
?核心特性?：
- ?汽車(chē)級(jí)認(rèn)證?：符合AEC-Q100 Grade 1標(biāo)準(zhǔn)(-40°C至+125°C環(huán)境溫度)
- ?超寬電壓范圍?：輸入3.0-36V，輸出0.8-22V(10mV步進(jìn)精度)
- ?I2C可編程?：支持USB PD PPS協(xié)議
- ?高效率架構(gòu)?：96%效率(12V→20V@3A)
- ?EMI優(yōu)化設(shè)計(jì)?：可編程擴(kuò)頻(200kHz-2.2MHz)與外部時(shí)鐘同步
- ?完備保護(hù)功能?：OVP/SCP/OCP/TSD保護(hù)
關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)
1. 功率拓?fù)浼軜?gòu)
TPS55289-Q1采用?四開(kāi)關(guān)Buck-Boost拓?fù)?/strong>?，通過(guò)內(nèi)部集成的MOSFET實(shí)現(xiàn)無(wú)縫模式切換：
- ?Buck模式?：VIN > VOUT時(shí)激活
- ?Boost模式?：VIN < VOUT時(shí)激活
- ?Buck-Boost模式?：VIN≈VOUT時(shí)交替工作
?控制特性?：
- 平均電流模式控制
- 可編程開(kāi)關(guān)頻率(200kHz-2.2MHz)
- 可選PFM/強(qiáng)制PWM輕載模式
2. 引腳配置與功能
?關(guān)鍵引腳說(shuō)明?：
| 引腳 | 名稱(chēng) | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | EN/UVLO | 使能輸入與可編程UVLO(1.23V基準(zhǔn)) |
| 3-4 | SCL/SDA | I2C接口(支持100kHz標(biāo)準(zhǔn)模式與1MHz快速模式+) |
| 7 | VIN | 電源輸入(3.0-36V) |
| 11 | VOUT | 功率輸出(0.8-22V) |
| 12-13 | ISP/ISN | 電流檢測(cè)輸入(支持10mΩ檢流電阻) |
| 14 | FB/INT | 反饋輸入/中斷輸出(內(nèi)部11位DAC基準(zhǔn)45mV-1.2V) |
| 16 | CDC | 電纜壓降補(bǔ)償輸出(支持內(nèi)部寄存器或外部電阻配置) |
典型應(yīng)用設(shè)計(jì)
1. 汽車(chē)USB PD充電方案
?設(shè)計(jì)參數(shù)?：
- 輸入電壓：9-36V(汽車(chē)電池系統(tǒng))
- 輸出電壓：3.3-21V(USB PD PPS協(xié)議)
- 輸出電流：最大6.35A(通過(guò)ISP/ISN引腳配置)
- 開(kāi)關(guān)頻率：400kHz(RSET=49.9kΩ)
?關(guān)鍵元件選型?：
- ?電感?：4.7μH(推薦XAL7070-472ME，飽和電流15.2A)
- ?輸入電容?：4×22μF陶瓷電容(低ESR)
- ?輸出電容?：100μF電解+10μF陶瓷組合
- ?檢流電阻?：10mΩ/1W(50mV限流閾值)
2. 寄存器配置示例
?USB PD 20V/3A輸出設(shè)置?：
- ? REF寄存器(00h/01h) ?：寫(xiě)入0x0780(1.129V基準(zhǔn))
- ? VOUT_FS寄存器(04h) ?：配置INTFB[1:0]=11b(0.0564分壓比)
- ? IOUT_LIMIT寄存器(02h) ?：寫(xiě)入0xE4(50mV限流閾值)
- ? MODE寄存器(06h) ?：?jiǎn)⒂肍PWM模式(bit1=1)
熱設(shè)計(jì)與PCB布局
1. 熱特性參數(shù)
| 封裝類(lèi)型 | θJA(°C/W) | θJC(°C/W) | ΨJT(°C/W) |
|---|---|---|---|
| VQFN-HR(21pin) | 43.4 | 22.3 | 0.7 |
?熱管理建議?：
- 使用4層PCB板設(shè)計(jì)
- 功率地(PGND)與信號(hào)地(AGND)單點(diǎn)連接
- 散熱焊盤(pán)需添加多個(gè)過(guò)孔(推薦φ0.3mm×9)
2. 關(guān)鍵布局規(guī)則
- ?功率回路最小化?：SW1/SW2走線(xiàn)長(zhǎng)度<5mm
- ?去耦電容布置?：VIN/VCC電容距引腳<3mm
- ?敏感信號(hào)隔離?：FB/COMP走線(xiàn)遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)
- ?電流檢測(cè)?：ISP/ISN采用開(kāi)爾文連接
功能安全考量
作為功能安全合規(guī)器件，TPS55289-Q1提供：
- ?診斷覆蓋率?：>90%(內(nèi)置OVP/OCP/UVLO/TSD)
- ?失效模式分析?：符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)
- ?安全手冊(cè)?：包含F(xiàn)MEA和FMEDA報(bào)告
?典型安全配置?：
- 使能所有狀態(tài)寄存器掩碼(CDC寄存器bit7-5=1)
- 啟用hiccup模式(MODE寄存器bit5=1)
- 設(shè)置OVP閾值為23.5V(固定值)
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