TPSM336xx-Q1：汽車應(yīng)用的理想同步降壓DC/DC電源模塊

在汽車電子領(lǐng)域，電源模塊的性能和可靠性至關(guān)重要。TPSM336xx-Q1系列電源模塊憑借其出色的特性和功能，成為了汽車應(yīng)用中的理想選擇。本文將深入介紹TPSM336xx-Q1的特點、應(yīng)用、詳細功能以及設(shè)計要點。

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一、產(chǎn)品概述

TPSM336xx-Q1是一款適用于汽車應(yīng)用的同步降壓DC/DC電源模塊，輸入電壓范圍為3V至36V，輸出電壓可在1V至7V之間調(diào)節(jié)，提供0.6A、1A和2A三種不同的輸出電流選項。該模塊采用HotRod? QFN封裝，集成了功率MOSFET、控制器、AEC - Q200合格電感和 (C_{BOOT}) 電容，具有出色的熱性能和EMI性能。

二、產(chǎn)品特性

2.1 汽車級認證與安全特性

• AEC - Q100認證：符合汽車應(yīng)用的嚴格要求，溫度等級為1級（ - 40°C至 + 125°C (T_{A}) ），可在惡劣的汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作。
• 功能安全能力：提供相關(guān)文檔，有助于進行功能安全系統(tǒng)設(shè)計，保障系統(tǒng)的可靠性。

2.2 高效性能

• 超高效率：在全負載范圍內(nèi)實現(xiàn)超高效率，例如在 (V{IN}=12V) 、 (V{OUT}=5V) 時，峰值效率可達93.2%；在 (V{IN}=24V) 、 (V{OUT}=5V) 時，效率為90%。
• 超低靜態(tài)電流：非開關(guān)狀態(tài)下 (I_{0}) 低至1.2μA，關(guān)機電流低至300nA，有助于降低系統(tǒng)功耗。

2.3 優(yōu)秀的EMI性能

• 雙隨機擴頻（DRSS）：有效降低特定頻率的峰值發(fā)射，減少電磁干擾。
• 集成 (C_{BOOT}) 和HotRod?封裝：優(yōu)化的封裝設(shè)計和引腳布局，實現(xiàn)屏蔽式開關(guān)節(jié)點布局，降低輻射EMI。

2.4 靈活的輸出電壓選項

• 固定輸出：提供3.3V和5V的固定輸出選項，滿足不同應(yīng)用需求。
• 可調(diào)輸出：通過外部反饋電阻分壓器，可將輸出電壓調(diào)節(jié)在1V至7V之間。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

TPSM336xx-Q1適用于多種汽車應(yīng)用，包括但不限于：

• 動力轉(zhuǎn)向：為動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，確保系統(tǒng)的精確控制。
• 車載充電器：滿足車載充電設(shè)備的電源需求，提高充電效率。
• 汽車照明：為汽車照明系統(tǒng)提供可靠的電源，保證照明效果。
• 汽車攝像頭：為攝像頭提供穩(wěn)定的電源，確保圖像質(zhì)量。

四、詳細功能描述

4.1 輸入電壓范圍

TPSM336xx-Q1的穩(wěn)態(tài)輸入電壓范圍為3V至36V，可用于將典型的12V至36V輸入電源軌進行降壓轉(zhuǎn)換。在設(shè)計時，需注意確保 (V_{IN}) 引腳的電壓在瞬態(tài)事件中不超過40V的絕對最大額定值，以免損壞IC。

4.2 輸出電壓選擇

• 可調(diào)輸出電壓：通過兩個外部電阻 (R{FBT}) 和 (R{FBB}) 可設(shè)置輸出電壓，范圍為1V至7V。為確保電源模塊調(diào)節(jié)到所需輸出電壓， (R{FBT}) 和 (R{FBB}) 的并聯(lián)組合典型最小值為5kΩ，最大值為10kΩ。
• 固定輸出電壓：對于固定輸出配置，只需將FB和VOUT引腳直接連接到輸出調(diào)節(jié)點，3.3V或5V的固定輸出選項是工廠編程的。

4.3 使能、啟動和關(guān)機

EN引腳控制TPSM336xx-Q1的啟動和遠程關(guān)機。當EN引腳電壓低于 (V_{ENWAKE}) 時，設(shè)備處于關(guān)機狀態(tài)；當EN引腳電壓高于 (V{ENWAKE}) 時，設(shè)備進入待機模式；當EN電壓進一步升高接近 (V{EN_RISE}) 時，設(shè)備開始切換，進入啟動模式并進行軟啟動。

4.4 外部CLK同步

MODE/SYNC引腳允許將設(shè)備同步到外部時鐘，采用鎖相環(huán)（PLL）實現(xiàn)同步，消除大的干擾。該引腳有三種可選模式：自動模式、FPWM模式和SYNC模式，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行選擇。

4.5 電源良好輸出操作

PGOOD引腳用于在輸出電壓超出調(diào)節(jié)范圍時重置系統(tǒng)微處理器。該引腳為開漏輸出，在設(shè)備故障條件（如電流限制和熱關(guān)斷）以及正常啟動期間保持低電平。

4.6 內(nèi)部LDO、VCC和VOUT/FB輸入

TPSM336xx-Q1使用內(nèi)部LDO輸出和VCC引腳為所有內(nèi)部電源供電，VCC軌通常為3.3V。在啟動期間，VCC會瞬間超過正常工作電壓，然后降至正常工作電壓。

4.7 自舉電壓和VBOOT - UVLO

高側(cè)開關(guān)驅(qū)動電路需要高于 (V_{IN}) 的偏置電壓來確保HS開關(guān)導(dǎo)通。內(nèi)部0.1μF電容連接在BOOT和SW之間，作為電荷泵將BOOT端子的電壓提升至（SW + VCC）。BOOT軌有UVLO設(shè)置，閾值通常為2.1V。

4.8 擴頻

擴頻通過將特定頻率的峰值發(fā)射擴展到更寬的頻率范圍，消除了固定頻率操作時的峰值發(fā)射。TPSM336xx-Q1采用雙隨機擴頻（DRSS），可有效降低低頻率傳導(dǎo)發(fā)射和難以過濾的高次諧波。

4.9 軟啟動和從欠壓恢復(fù)

軟啟動在電源施加到 (V_{IN}) 引腳、EN用于開啟設(shè)備或從過溫保護關(guān)機恢復(fù)時觸發(fā)。從欠壓恢復(fù)時，輸出電壓緩慢上升，參考電壓設(shè)置為比現(xiàn)有輸出電壓所需值高約1%。

4.10 過流保護（打嗝模式）

TPSM336xx-Q1通過高側(cè)和低側(cè)MOSFET的逐周期電流限制電路保護設(shè)備免受過流條件影響。當FB輸入電壓因短路降至約0.4V（ (V{HICCUP}) ）時，設(shè)備進入打嗝模式，停止開關(guān)操作 (t{W}) （約50ms），然后進行正常重啟和軟啟動。

4.11 熱關(guān)斷

當設(shè)備結(jié)溫超過168°C（典型值）時，熱關(guān)斷功能會關(guān)閉內(nèi)部開關(guān)，防止總功率耗散過大。熱關(guān)斷觸發(fā)后，滯后功能會阻止器件再次開關(guān)，直到結(jié)溫降至約153°C（典型值）。

五、設(shè)備功能模式

5.1 關(guān)機模式

當EN引腳電壓低于0.7V（典型值）時，電源模塊無輸出電壓，設(shè)備處于關(guān)機模式，靜態(tài)電流降至典型值300nA。

5.2 待機模式

當EN引腳電壓高于1V（最大值）且低于輸出電壓的精密使能閾值時，內(nèi)部LDO將VCC電壓調(diào)節(jié)至典型值3.3V，SW節(jié)點的內(nèi)部功率MOSFET保持關(guān)閉，同時設(shè)備啟用UVLO保護。

5.3 活動模式

當EN引腳高于 (V_{ENRISE}) 、 (V{IN}) 大于 (V_{IN}) （最小值）且無其他故障條件時，設(shè)備處于活動模式。根據(jù)負載電流、輸入電壓和輸出電壓，設(shè)備可處于連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）、自動模式、FPWM模式、最小導(dǎo)通時間模式或欠壓模式。

六、應(yīng)用與實現(xiàn)

6.1 應(yīng)用信息

TPSM336xx-Q1只需少量外部組件即可將寬范圍的電源電壓轉(zhuǎn)換為固定輸出電壓?？墒褂肳EBENCH電路設(shè)計和選擇仿真服務(wù)在線軟件進行設(shè)計，生成完整的設(shè)計方案。

6.2 典型應(yīng)用

典型應(yīng)用電路中，需根據(jù)設(shè)計要求選擇合適的外部組件，如輸入電容、輸出電容、反饋電阻等。同時，還需考慮VCC電容、 (C_{FF}) 電容、電源良好信號等因素。

6.3 最佳設(shè)計實踐

在設(shè)計過程中，需遵循一些最佳設(shè)計實踐，如不超過絕對最大額定值、推薦工作條件和ESD額定值，不允許EN輸入浮空，不允許輸出電壓超過輸入電壓或低于地電位等。

6.4 電源供應(yīng)建議

輸入電源應(yīng)與數(shù)據(jù)手冊中的絕對最大額定值和推薦工作條件兼容，能夠提供所需的輸入電流。可使用電解電容與陶瓷電容并聯(lián)，以減少輸入諧振電路的影響，確保模塊穩(wěn)定運行。

6.5 布局

PCB布局對開關(guān)電源的性能至關(guān)重要。應(yīng)遵循布局指南，如將輸入電容靠近VIN和GND端子放置，將VCC旁路電容靠近VCC引腳放置，將反饋分壓器靠近FB引腳放置等，以實現(xiàn)最佳的功率轉(zhuǎn)換性能、熱性能和最小的EMI產(chǎn)生。

七、總結(jié)

TPSM336xx-Q1系列電源模塊以其出色的性能、豐富的功能和靈活的設(shè)計選項，為汽車應(yīng)用提供了可靠的電源解決方案。在設(shè)計過程中，工程師需充分了解其特性和要求，遵循最佳設(shè)計實踐，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用這款電源模塊時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。