德州儀器TPSM86125x系列同步降壓模塊：高效電源解決方案

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。德州儀器（TI）的TPSM86125x系列同步降壓模塊，以其出色的特性和廣泛的應(yīng)用范圍，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款模塊。

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一、產(chǎn)品概述

TPSM86125x是一款簡(jiǎn)單易用、高效且高功率密度的同步降壓模塊，輸入電壓范圍為3V至17V，支持高達(dá)1A的連續(xù)電流。該系列包含TPSM861252、TPSM861253和TPSM861257三個(gè)型號(hào)，每個(gè)型號(hào)在輸出電壓和工作模式上有所不同。

1. 輸出電壓

• TPSM861252的輸出電壓范圍為0.6V至10V。
• TPSM861253提供固定的3.3V輸出電壓。
• TPSM861257的輸出電壓范圍為0.6V至5.5V。

2. 工作模式

• TPSM861252采用Eco模式，在輕載時(shí)保持高效率。
• TPSM861253和TPSM861257采用FCCM模式，在所有負(fù)載條件下保持相同的頻率和較低的輸出紋波。

二、產(chǎn)品特性

1. 寬輸入電壓范圍

3V至17V的寬輸入電壓范圍，使得該模塊能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了靈活性。

2. 高精度輸出

• 0.6V參考電壓，在25°C時(shí)精度為±1%，在 -40°C至125°C時(shí)精度為±1.5%。
• TPSM861253在0至65°C時(shí)，3.3V輸出精度為±1%。

3. 集成MOSFET

集成了55mΩ和24mΩ的MOSFET，減少了外部元件數(shù)量，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

4. 低靜態(tài)電流

TPSM861252的靜態(tài)電流低至100μA，有利于降低功耗，提高系統(tǒng)效率。

5. 快速瞬態(tài)響應(yīng)

采用D - CAP3?控制模式，無(wú)需外部補(bǔ)償，能夠提供快速的瞬態(tài)響應(yīng)，支持低ESR輸出電容。

6. 多種保護(hù)功能

具備過(guò)壓保護(hù)（OVP）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、欠壓鎖定（UVLO）、過(guò)溫保護(hù)（OTP）和欠壓保護(hù)（UVP）等多種保護(hù)功能，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

7. 易于使用和小型化設(shè)計(jì)

集成了電感和自舉電容，易于布局，采用3.3mm × 4mm × 2mm的QFN封裝，節(jié)省了電路板空間。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

TPSM86125x系列模塊適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括：

• 商用網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器電源：為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器提供穩(wěn)定的電源。
• AC/DC適配器/電源：可用于各種適配器和電源設(shè)備。
• 工廠自動(dòng)化和控制：滿足工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)電源的需求。
• 測(cè)試和測(cè)量：為測(cè)試設(shè)備提供精確的電源。

四、技術(shù)細(xì)節(jié)

1. D - CAP3?控制模式

該控制模式結(jié)合了自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制和內(nèi)部補(bǔ)償電路，實(shí)現(xiàn)了偽固定頻率和低外部元件數(shù)量的配置。即使輸出幾乎沒有紋波，設(shè)備也能保持穩(wěn)定。在每個(gè)周期開始時(shí)，高端MOSFET導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)內(nèi)部單觸發(fā)定時(shí)器到期后關(guān)閉。單觸發(fā)持續(xù)時(shí)間與輸出電壓成正比，與輸入電壓成反比，以在輸入電壓范圍內(nèi)保持偽固定頻率。

2. Eco模式控制

TPSM861252的Eco模式在輕載時(shí)能保持高效率。當(dāng)輸出電流從重載條件下降時(shí)，電感電流也隨之減小，當(dāng)紋波谷值觸及零電平，即進(jìn)入不連續(xù)導(dǎo)通模式。此時(shí)，整流MOSFET關(guān)閉，隨著負(fù)載電流進(jìn)一步減小，開關(guān)頻率降低，與負(fù)載電流成比例，從而保持輕載效率。

3. 軟啟動(dòng)和預(yù)偏置軟啟動(dòng)

TPSM86125x具有內(nèi)部固定的軟啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)EN引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，內(nèi)部軟啟動(dòng)功能開始將參考電壓斜坡上升至PWM比較器。如果輸出電容在啟動(dòng)時(shí)已預(yù)偏置，設(shè)備僅在內(nèi)部參考電壓高于反饋電壓時(shí)才開始開關(guān)并斜坡上升，確保轉(zhuǎn)換器平穩(wěn)地進(jìn)入調(diào)節(jié)點(diǎn)。

4. 過(guò)壓保護(hù)

當(dāng)輸出電壓高于OVP閾值時(shí)，OVP被觸發(fā)，經(jīng)過(guò)24μs的消抖時(shí)間后，高端和低端MOSFET驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉。當(dāng)過(guò)壓條件消除后，設(shè)備恢復(fù)開關(guān)。

5. 頻率控制

TPSM86125x的默認(rèn)頻率約為1.4MHz。當(dāng)輸出電壓高于3.6V且輸出電壓與輸入電壓之比<0.62（滯后為0.04）時(shí)，頻率變?yōu)?MHz，以降低輸出電壓紋波。

6. 大占空比操作

該模塊能夠支持高達(dá)95%的大占空比操作，通過(guò)平滑降低開關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)VIN / VOUT <1.6且VFB低于內(nèi)部VREF時(shí)，開關(guān)頻率允許平滑下降，以延長(zhǎng)導(dǎo)通時(shí)間，保持輸出電壓。最低開關(guān)頻率限制在約600kHz。

7. 電流保護(hù)和欠壓保護(hù)

輸出過(guò)流限制（OCL）采用逐周期谷值檢測(cè)控制電路實(shí)現(xiàn)。通過(guò)測(cè)量低端FET的漏源電壓來(lái)監(jiān)測(cè)開關(guān)電流，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償以提高精度。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的谷值電流高于OCL水平時(shí)，轉(zhuǎn)換器保持低端FET導(dǎo)通，并延遲新的設(shè)置脈沖的產(chǎn)生，直到電流水平降至OCL水平或更低。

8. 欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)

UVLO保護(hù)監(jiān)測(cè)內(nèi)部調(diào)節(jié)器電壓，當(dāng)電壓低于UVLO閾值時(shí)，設(shè)備關(guān)閉。這是一種非鎖存保護(hù)。

9. 熱關(guān)斷

設(shè)備監(jiān)測(cè)自身溫度，當(dāng)溫度超過(guò)閾值時(shí)，設(shè)備關(guān)閉。這也是一種非鎖存保護(hù)。

五、設(shè)計(jì)與布局

1. 應(yīng)用設(shè)計(jì)

可以使用WEBENCH? Power Designer軟件進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，輸入輸入電壓、輸出電壓和輸出電流要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，比較不同的解決方案。也可以按照以下步驟進(jìn)行手動(dòng)設(shè)計(jì)：

• 輸出電壓電阻選擇：使用電阻分壓器從輸出節(jié)點(diǎn)到FB引腳設(shè)置輸出電壓，推薦使用1%公差或更好的分壓電阻。
• 輸出濾波器選擇：TPSM86125x集成了2.2uH電感，建議使用合適的輸出電容以確保環(huán)路穩(wěn)定。
• 輸入電容選擇：需要一個(gè)輸入去耦電容和一個(gè)大容量電容，推薦使用陶瓷電容。
• 使能電路：EN引腳控制設(shè)備的開啟和關(guān)閉，默認(rèn)狀態(tài)為低電平，內(nèi)部有一個(gè)2MΩ的下拉電阻。

2. 布局指南

• 確保VIN和GND走線盡可能寬，以降低走線阻抗，同時(shí)有利于散熱。
• 將輸入電容和輸出電容盡可能靠近設(shè)備放置，以最小化走線阻抗。
• 為輸入電容和輸出電容提供足夠的過(guò)孔。
• 對(duì)于TPSM861253，將一個(gè)單獨(dú)的VOUT路徑連接到VOS引腳；對(duì)于TPSM861252和TPSM861257，將一個(gè)單獨(dú)的VOUT路徑連接到上反饋電阻。
• 將電壓反饋環(huán)路遠(yuǎn)離高壓開關(guān)走線，并最好有接地屏蔽。
• 確保輸出電容和GND引腳之間的GND走線盡可能寬，以最小化走線阻抗。

六、總結(jié)

德州儀器的TPSM86125x系列同步降壓模塊以其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用范圍和易于設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，為電子工程師提供了一個(gè)高效、可靠的電源解決方案。無(wú)論是在性能、功能還是布局方面，都能滿足不同應(yīng)用的需求。希望本文能幫助工程師們更好地了解和應(yīng)用這款模塊，在實(shí)際設(shè)計(jì)中取得更好的效果。你在使用類似電源模塊時(shí)遇到過(guò)哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。