TPSM852892：高效集成的降壓 - 升壓電源模塊解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源模塊的性能和可靠性至關(guān)重要。今天，我們要深入探討一款功能強(qiáng)大的電源模塊——TPSM852892，它具備諸多先進(jìn)特性，能為各種應(yīng)用提供穩(wěn)定、高效的電源解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

TPSM852892 是一款高度集成的 6A 降壓 - 升壓 DC - DC 模塊，集成了四個(gè) MOSFET 開(kāi)關(guān)和一個(gè)功率電感器，適用于將電池電壓或適配器電壓轉(zhuǎn)換為電源軌。其輸入電壓范圍為 3.0V 至 36V，輸出電壓范圍為 0.8V 至 22V，可根據(jù)輸入和輸出電壓在降壓、降壓 - 升壓和升壓模式之間平滑切換。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）ZEN 2 開(kāi)關(guān)技術(shù)

• EMI 優(yōu)化：該技術(shù)有助于滿足 CISPR 32 類 B 標(biāo)準(zhǔn)，集成了 VIN、VOUT、BOOT1 和 BOOT2 旁路電容器，有效降低 EMI。同時(shí)，優(yōu)化的引腳布局可將環(huán)路電感降至最低，還提供可選的可編程擴(kuò)頻功能，進(jìn)一步減少 EMI 峰值。
• 頻率控制：采用固定頻率控制，開(kāi)關(guān)頻率可通過(guò)外部電阻在 400kHz 至 1MHz 之間編程，也可同步到外部時(shí)鐘，避免頻率干擾和串?dāng)_。

（二）寬電壓范圍與高精度

• 輸入輸出范圍：寬輸入電壓范圍（3.0V 至 36V）和可編程輸出電壓范圍（0.8V 至 22V），能適應(yīng)多種電源輸入和負(fù)載需求。
• 高精度：參考電壓精度達(dá)到 ±1%，輸出電流監(jiān)測(cè)精度為 ±5%，可對(duì)電纜上的電壓降進(jìn)行可調(diào)輸出電壓補(bǔ)償。

（三）高效與節(jié)能

• 全負(fù)載范圍高效：在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)都能保持高效率，例如在 (V{OUT }=20 ~V) 和 (I{OUT }=2.5 ~A) 時(shí)，效率可達(dá) 96%。
• 輕載模式：支持可編程 PFM 和 FPWM 模式，在輕載條件下可降低開(kāi)關(guān)損耗，提高效率。

（四）豐富保護(hù)功能

• 過(guò)壓保護(hù)：具備輸出過(guò)壓保護(hù)功能，當(dāng)輸出電壓超過(guò)閾值時(shí)，關(guān)閉高端 FET，防止設(shè)備損壞。
• 短路保護(hù)：采用打嗝模式進(jìn)行輸出短路保護(hù)，減少功率組件發(fā)熱。
• 過(guò)流保護(hù)：平均電感電流限制為 6A，還有逐周期峰值電流限制，保護(hù)設(shè)備免受過(guò)流損壞。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)內(nèi)部結(jié)溫超過(guò) 175°C 時(shí)，熱關(guān)斷電路將關(guān)閉設(shè)備，溫度下降后自動(dòng)重啟。

（五）小尺寸封裝

采用 7.5mm × 7.7mm × 3.8mm 的 QFN 封裝，節(jié)省電路板空間，適合對(duì)尺寸要求較高的應(yīng)用。

三、引腳配置與功能

TPSM852892 共有 71 個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能，以下是一些關(guān)鍵引腳的介紹：

• VIN：降壓 - 升壓模塊輸入引腳，支持 3.0V 至 36V 的輸入電壓。
• VOUT：降壓 - 升壓模塊輸出引腳，輸出電壓范圍為 0.8V 至 22V。
• EN/UVLO：兼具使能邏輯輸入和可編程輸入欠壓鎖定（UVLO）功能，邏輯高電平使能設(shè)備，邏輯低電平將設(shè)備置于關(guān)斷模式。
• FB：連接到電阻分壓器中心，用于編程輸出電壓。
• FSW：通過(guò)連接到 AGND 引腳的電阻來(lái)編程開(kāi)關(guān)頻率。
• PG：電源良好指示開(kāi)漏輸出，當(dāng)輸出電壓高于設(shè)定輸出電壓的 95% 時(shí)，輸出高阻抗；低于 90% 時(shí)，輸出低電平。

四、規(guī)格參數(shù)

（一）絕對(duì)最大額定值

在工作結(jié)溫范圍內(nèi)，各引腳的電壓和溫度都有相應(yīng)的限制，如 VIN、SW1、L1 的電壓范圍為 - 0.3V 至 42V，工作結(jié)溫范圍為 - 40°C 至 150°C 等。超出絕對(duì)最大額定值可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。

（二）ESD 評(píng)級(jí)

人體模型（HBM）為 ±2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±500V，設(shè)計(jì)時(shí)需注意靜電防護(hù)。

（三）推薦工作條件

輸入電壓范圍為 3.0V 至 36V，輸出電壓范圍為 0.8V 至 22V，輸入電容范圍為 4.7μF 至 22μF，輸出電容范圍為 10μF 至 1000μF，工作結(jié)溫范圍為 - 40°C 至 125°C。

（四）熱信息

結(jié)到環(huán)境的熱阻為 20.8°C/W，有助于評(píng)估設(shè)備的散熱性能。

（五）電氣特性

涵蓋了電源、使能、輸出、參考電壓、功率開(kāi)關(guān)等多個(gè)方面的參數(shù)，如輸入電壓范圍、欠壓鎖定閾值、靜態(tài)電流、輸出過(guò)壓保護(hù)閾值等，為電路設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的參考。

五、詳細(xì)功能描述

（一）工作模式

• 降壓模式：當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時(shí)，設(shè)備工作在降壓模式。
• 升壓模式：當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時(shí)，設(shè)備切換到升壓模式。
• 降壓 - 升壓模式：當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，設(shè)備交替進(jìn)行一周期降壓和一周期升壓操作。

（二）控制方案

采用平均電流模式控制方案，具有簡(jiǎn)化的環(huán)路補(bǔ)償、對(duì)負(fù)載瞬變的快速響應(yīng)和固有的線電壓抑制能力。內(nèi)部振蕩器可在 400kHz 至 1MHz 范圍內(nèi)配置，也可同步到外部時(shí)鐘。

（三）電源供應(yīng)

• VCC 電源：內(nèi)部 LDO 輸出 5.2V 電壓，根據(jù)輸入和輸出電壓選擇合適的電源源。
• EXTVCC 電源：當(dāng)輸入和輸出電壓都較高時(shí)，可通過(guò)連接外部 5V 電源來(lái)降低內(nèi)部 LDO 的功耗。

（四）保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)

• 輸入欠壓鎖定：當(dāng)輸入電壓低于 2.6V 時(shí)，設(shè)備禁用；高于 3V 且 EN 引腳拉高時(shí)，設(shè)備可啟用。
• 軟啟動(dòng)：輸入電壓高于 UVLO 閾值且 EN/UVLO 引腳電壓高于使能 UVLO 閾值時(shí)，輸出電壓在 3.6ms 內(nèi)從 0V 升至 1.2V。
• 過(guò)流保護(hù)：通過(guò)平均電感電流限制和逐周期峰值電流限制來(lái)保護(hù)設(shè)備。
• 輸出短路保護(hù)：采用打嗝模式，短路時(shí)關(guān)閉開(kāi)關(guān) 76ms，然后重新軟啟動(dòng)。

六、應(yīng)用與設(shè)計(jì)

（一）應(yīng)用領(lǐng)域

適用于激光測(cè)距儀、電動(dòng)手術(shù)工具、參數(shù)測(cè)量單元（PMU）等多種設(shè)備。

（二）典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

以 12V 電源，9V 至 36V 輸入電壓為例，詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)步驟：

• 開(kāi)關(guān)頻率：通過(guò) FSW 引腳的電阻設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率，為降低開(kāi)關(guān)損耗，選擇 49.9kΩ 電阻實(shí)現(xiàn) 400kHz 開(kāi)關(guān)頻率。
• 輸出電壓設(shè)置：使用外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，根據(jù)參考電壓和輸出電壓計(jì)算電阻值。
• 輸入電容：在降壓模式下，輸入電容需提供高紋波電流，推薦使用陶瓷電容和鋁電解電容組合。
• 輸出電容：在升壓模式下，輸出電容傳導(dǎo)高紋波電流，需根據(jù)輸出電壓紋波要求選擇合適的電容。
• 輸出電流限制：通過(guò)在 ISP 和 ISN 引腳之間放置電流感測(cè)電阻來(lái)設(shè)置輸出電流限制。
• 環(huán)路穩(wěn)定性：采用平均電流控制方案，內(nèi)部電流環(huán)使用內(nèi)部補(bǔ)償，外部電壓環(huán)需要外部補(bǔ)償，通過(guò)計(jì)算功率級(jí)和控制部分的傳遞函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

（三）布局設(shè)計(jì)

布局對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的性能至關(guān)重要，以下是一些布局準(zhǔn)則：

• 靠近 VIN/VOUT 引腳放置 0.1μF 小封裝陶瓷電容，減少高頻電流環(huán)路。
• 在 PGND 引腳附近使用多個(gè) GND 過(guò)孔連接到內(nèi)部接地平面，提高熱性能。
• 最小化 SW1 和 L1、SW2 和 L2 的環(huán)路面積，使用接地平面減少層間耦合。
• 對(duì)電流感測(cè)信號(hào) ISP 和 ISN 使用 Kelvin 連接，并將濾波電容靠近 IC 引腳放置。
• 將 VCC 電容靠近 IC 放置，通過(guò)三到四個(gè)過(guò)孔將其 GND 端直接連接到 PGND 平面。
• 隔離功率地和模擬地，在 VCC 電容終端連接 PGND 平面和 AGND 平面。
• 將補(bǔ)償組件靠近 COMP 引腳放置，遠(yuǎn)離功率組件和大電流走線。
• 使用熱過(guò)孔將 VIN 引腳和 VOUT 引腳分別連接到大面積的 VIN 和 VOUT 區(qū)域，提高熱性能。

七、總結(jié)

TPSM852892 是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的降壓 - 升壓電源模塊，具有寬電壓范圍、高效、豐富的保護(hù)功能和小尺寸封裝等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇參數(shù)和進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。各位工程師在使用過(guò)程中，不妨多思考如何根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳的電源解決方案。你在電源模塊設(shè)計(jì)中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。