德州儀器TPSM63610E：高性能同步降壓電源模塊的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源模塊的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。德州儀器（Texas Instruments）的TPSM63610E同步降壓電源模塊，以其出色的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為眾多工程師的理想選擇。本文將深入探討TPSM63610E的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為工程師們提供全面的參考。

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一、TPSM63610E概述

TPSM63610E是一款高度集成的36V、8A DC/DC解決方案，屬于同步降壓模塊家族。它將功率MOSFET、屏蔽電感和無(wú)源元件集成在一個(gè)增強(qiáng)型HotRod? QFN封裝中，具有以下顯著特點(diǎn)：

1. 寬輸入電壓范圍：支持3V至36V的輸入電壓，可承受高達(dá)42V的瞬態(tài)電壓，適用于多種電源環(huán)境。
2. 高輸出電流：能夠提供高達(dá)8A（峰值10A）的直流負(fù)載電流，滿足高功率應(yīng)用的需求。
3. 可調(diào)輸出電壓：輸出電壓范圍為1V至20V，可通過(guò)外部電阻進(jìn)行靈活調(diào)整。
4. 高轉(zhuǎn)換效率：在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超高效率，峰值效率超過(guò)95%，有效降低功耗。
5. 低EMI特性：采用優(yōu)化的封裝和引腳設(shè)計(jì)、雙隨機(jī)擴(kuò)頻（DRSS）調(diào)制、電阻可編程開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)壓擺率等技術(shù)，顯著降低電磁干擾，滿足CISPR 11和CISPR 32 Class B EMI限制。
6. 保護(hù)功能齊全：具備過(guò)流保護(hù)、熱關(guān)斷、精密使能輸入和開(kāi)漏PGOOD指示器等保護(hù)特性，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

二、關(guān)鍵特性詳解

2.1 輸入電壓范圍

TPSM63610E的穩(wěn)態(tài)輸入電壓范圍為3V至36V，適用于典型的12V、24V和28V輸入電源軌。啟動(dòng)時(shí)，最小輸入電壓為3.7V。在設(shè)計(jì)時(shí)，需注意確保VIN引腳的電壓在瞬態(tài)事件中不超過(guò)42V的絕對(duì)最大額定值，以避免損壞IC。

2.2 可調(diào)輸出電壓

輸出電壓可通過(guò)兩個(gè)反饋電阻（ (R{FBT}) 和 (R{FBB}) ）進(jìn)行調(diào)整，參考電壓在FB引腳處設(shè)置為1V，反饋系統(tǒng)在全結(jié)溫范圍（–55°C至125°C）內(nèi)的精度為±1%。計(jì)算公式為： [R{F B B}(k Omega)=frac{R{F B T}(k Omega)}{frac{V{OUT }}{1}-1}] 其中，推薦 (R{FBT}) 的值為100kΩ。

2.3 輸入和輸出電容

輸入電容用于限制模塊的輸入紋波電壓，推薦使用陶瓷電容，以提供低阻抗和高RMS電流額定值。輸入電容的RMS電流計(jì)算公式為： [I{CIN, rms}=sqrt{D timesleft(I{OUT }^{2} times(1-D)+frac{Delta i{L}^{2}}{12}right)}] 其中， (D=V{OUT } / V_{IN }) 為模塊占空比。

輸出電容的選擇需考慮DC偏置和溫度變化的影響，表8-1列出了不同輸出電壓下的最小輸出電容要求。

2.4 開(kāi)關(guān)頻率

通過(guò)在RT和AGND之間連接一個(gè)電阻（ (R{RT}) ），可將開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置在200kHz至2.2MHz的范圍內(nèi)。計(jì)算公式為： [R{RT}(k Omega)=frac{16.4}{F_{SW}[MHz]}-0.633]

2.5 精密使能和輸入電壓UVLO

EN引腳提供精確的ON和OFF控制，可用于輸入欠壓鎖定（UVLO）、系統(tǒng)排序和保護(hù)。通過(guò)連接一個(gè)使能分壓網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)精確的輸入U(xiǎn)VLO。 (R{ENB}) 的計(jì)算公式為： [R{ENB}[k Omega]=R{ENT}[k Omega] timesleft(frac{V{EN{_RISE }[V]}{V{IN(on)}[V]-V_{ENRISE }[V]}right)] 其中， (R{ENT}) 的典型值為100kΩ， (V_{ENRISE}) 為使能上升閾值電壓（典型值為1.263V）， (V{IN(on)}) 為所需的啟動(dòng)輸入電壓。

2.6 頻率同步

TPSM63610E的內(nèi)部振蕩器可與正時(shí)鐘邊緣同步，同步頻率范圍為200kHz至2.2MHz。建議在SYNC/MODE引腳與VCC或地之間連接一個(gè)電阻，以防止引腳浮空。

2.7 擴(kuò)頻

通過(guò)SPSP引腳可配置擴(kuò)頻功能，采用雙隨機(jī)擴(kuò)頻（DRSS）調(diào)制，有效消除特定頻率的峰值發(fā)射，降低低頻傳導(dǎo)發(fā)射和高頻諧波。當(dāng)SPSP引腳接地時(shí)，擴(kuò)頻功能禁用；當(dāng)SPSP引腳連接到VCC時(shí)，擴(kuò)頻功能開(kāi)啟；當(dāng)SPSP引腳通過(guò)電阻連接到地時(shí)，可進(jìn)行調(diào)制音調(diào)校正，以減少輸出電壓紋波。電阻值可通過(guò)以下公式計(jì)算： [R{SPSP}[k Omega]=frac{14.17 × frac{V{IN}}{V{OUT }}}{frac{V{IN }-V{OUT }}{I{RATED } × L × F{S W}}+1.22}] 其中， (I{RATED }=8A) ， (L=2.2μH) 。

2.8 電源良好監(jiān)測(cè)

PG引腳提供電源良好狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)輸出電壓在94%至112%的調(diào)節(jié)窗口內(nèi)時(shí)，PG電壓為高；否則為低。PG是一個(gè)開(kāi)漏輸出，需要一個(gè)外部上拉電阻連接到DC電源。

2.9 可調(diào)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)壓擺率

通過(guò)在RBOOT和CBOOT之間連接一個(gè)電阻，可調(diào)整開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓擺率，以平衡EMI性能和效率。如果不需要改善EMI，可將RBOOT連接到CBOOT，以實(shí)現(xiàn)最高效率。

2.10 偏置電源調(diào)節(jié)器

VCC是內(nèi)部LDO子穩(wěn)壓器的輸出，用于為T(mén)PSM63610E的控制電路供電，標(biāo)稱(chēng)電壓為3.3V。VLDOIN引腳是內(nèi)部LDO的輸入，可連接到 (V_{OUT }) 以提供最低的輸入電源電流。當(dāng)VLDOIN電壓低于3.1V時(shí)，VIN1和VIN2直接為內(nèi)部LDO供電。

2.11 過(guò)流保護(hù)和熱關(guān)斷

TPSM63610E采用逐周期電流限制和打嗝模式過(guò)流保護(hù)，當(dāng)發(fā)生過(guò)流或短路故障時(shí)，模塊將關(guān)閉40ms（典型值）后嘗試重啟。熱關(guān)斷功能在結(jié)溫超過(guò)168°C（典型值）時(shí)關(guān)閉設(shè)備，當(dāng)結(jié)溫降至159°C（典型值）時(shí)嘗試重啟。

三、應(yīng)用案例

3.1 高效8A（峰值10A）同步降壓調(diào)節(jié)器

適用于工業(yè)應(yīng)用，輸入電壓范圍為9V至36V，輸出電壓為5V，最大輸出電流為8A，開(kāi)關(guān)頻率為1MHz。通過(guò)合理選擇外部元件，可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率和低EMI。

3.2 反相降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器

用于產(chǎn)生負(fù)輸出電壓，輸入電壓范圍為9V至24V，輸出電壓為 - 12V，滿負(fù)載電流為 - 5A，開(kāi)關(guān)頻率為1MHz。在設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮輸入和輸出電容的選擇以及輸出電壓的設(shè)置。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 電源供應(yīng)

輸入電源應(yīng)滿足絕對(duì)最大額定值和推薦工作條件，能夠提供所需的輸入電流。為避免輸入電纜的寄生電感和電阻對(duì)模塊性能的影響，可使用電解電容與陶瓷電容并聯(lián)，以提供輸入并聯(lián)阻尼和穩(wěn)定的輸入電壓。

4.2 PCB布局

合理的PCB設(shè)計(jì)和布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)可靠的設(shè)備操作和設(shè)計(jì)魯棒性至關(guān)重要。布局時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

• 輸入和輸出電容：盡量靠近VIN和VOUT引腳放置，采用雙對(duì)稱(chēng)排列，以減少寄生電感和磁耦合，提高EMI性能。
• 反饋電阻：靠近FB引腳放置，保持反饋?zhàn)呔€盡可能短，以減少噪聲干擾。
• 接地：使用實(shí)心接地平面，將AGND引腳直接連接到PGND引腳，以提供低阻抗接地路徑。
• 散熱：提供足夠的PCB面積進(jìn)行散熱，使用熱通孔將封裝的暴露焊盤(pán)連接到PCB接地平面，以降低熱阻。

五、總結(jié)

TPSM63610E同步降壓電源模塊以其寬輸入電壓范圍、高輸出電流、高轉(zhuǎn)換效率、低EMI特性和完善的保護(hù)功能，為電子工程師提供了一個(gè)可靠、高效的電源解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師們應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇外部元件，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮TPSM63610E的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，德州儀器提供了豐富的開(kāi)發(fā)支持和文檔資源，包括WEBENCH? Power Designer工具，可幫助工程師快速完成設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。你在使用TPSM63610E過(guò)程中遇到過(guò)哪些挑戰(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)。