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TPS65917-Q1:汽車應用中的高效電源管理解決方案

璟琰乀 ? 2026-03-12 16:30 ? 次閱讀
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TPS65917-Q1:汽車應用中的高效電源管理解決方案

汽車電子領域,電源管理是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵因素。德州儀器TI)的TPS65917-Q1電源管理單元(PMU),專為汽車應用設計,為處理器提供了全面的電源解決方案。本文將深入探討TPS65917-Q1的特點、應用以及設計要點,幫助電子工程師更好地了解和應用這款產(chǎn)品。

文件下載:O917A14DTRGZTQ1.pdf

一、器件概述

1.1 產(chǎn)品特性

TPS65917-Q1具備眾多出色的特性,使其在汽車應用中表現(xiàn)卓越。

  • 汽車級應用資質:通過AEC-Q100認證,工作溫度范圍為 -40°C 至 +105°C,滿足汽車環(huán)境的嚴苛要求。同時,具備HBM 2級和CDM C4B級的靜電放電防護能力。
  • 寬系統(tǒng)電壓范圍:系統(tǒng)電壓范圍為3.135 V至5.25 V,且功耗較低,關斷模式下電流僅20 μA,睡眠模式下(兩個開關模式電源(SMPS)激活)為90 μA。
  • 豐富的電源資源
    • 開關模式電源(SMPS):擁有五個降壓SMPS調節(jié)器,輸出范圍為0.7 - 3.3 V,步長為10或20 mV。其中兩個SMPS調節(jié)器具備3.5 A的輸出能力,可在雙相配置下組合成7 A輸出,還支持差分遠程感應。另外三個SMPS調節(jié)器分別具備3 A、2 A和1.5 A的輸出能力。部分SMPS調節(jié)器支持動態(tài)電壓縮放(DVS)控制和輸出電流測量,具備短路保護、電源良好指示等功能,內部軟啟動可限制浪涌電流,還能同步到1.7 MHz至2.7 MHz的外部時鐘。
    • 低壓差線性穩(wěn)壓器LDO:五個LDO線性穩(wěn)壓器,輸出范圍為0.9 - 3.3 V,步長為50 mV。兩個LDO具備300 mA的輸出能力并支持旁路模式,一個具備100 mA輸出能力且在50 mA以下具備低噪聲性能,另外兩個LDO具備200 mA的電流能力,均具備短路保護功能。
  • 其他特性:集成12位Sigma - Delta通用模數(shù)轉換器(GPADC),有8個輸入通道(2個外部通道);具備熱監(jiān)測功能,可發(fā)出高溫警告和進行熱關斷;支持可配置的電源序列控制;提供可選的控制接口,包括一個SPI接口用于資源配置和DVS控制,兩個I2C接口,其中一個專門用于DVS控制,另一個用于資源配置和DVS控制;具備OTP位完整性錯誤檢測功能。

1.2 應用領域

TPS65917-Q1適用于多種汽車應用,如汽車數(shù)字儀表盤、先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)以及汽車導航系統(tǒng)等。

1.3 器件描述

TPS65917-Q1 PMIC集成了五個可配置的降壓轉換器,最大輸出電流可達3.5 A,為處理器核心、內存、I/O以及LDO的預調節(jié)提供電源。降壓轉換器同步到內部2.2 MHz時鐘,可提高器件的電磁兼容性(EMC)性能。GPIO_3引腳允許降壓轉換器同步到外部時鐘,使多個器件能夠同步到同一時鐘,進一步提升系統(tǒng)級EMC性能。此外,器件還包含五個LDO,為低電流或低噪聲領域供電。

電源序列控制器使用一次性可編程(OTP)內存來控制電源序列和默認配置,如輸出電壓和GPIO配置。OTP在工廠編程,無需軟件即可啟動。大多數(shù)靜態(tài)設置可通過SPI或I2C從默認值更改,以滿足不同系統(tǒng)需求。OTP還具備位完整性錯誤檢測功能,可防止系統(tǒng)在未知狀態(tài)下啟動。

器件還集成了模數(shù)轉換器(ADC),用于監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。GPADC包括兩個外部通道,可監(jiān)測任何外部電壓,內部通道可測量電源電壓、輸出電流和芯片溫度,使處理器能夠監(jiān)測系統(tǒng)健康狀況。此外,器件還提供看門狗功能,用于監(jiān)測軟件鎖定,并具備短路保護、熱監(jiān)測、關斷和自動ADC轉換等保護和診斷機制,可通過中斷處理程序通知處理器采取相應措施。

二、引腳配置與功能

2.1 引腳屬性

TPS65917-Q1采用48引腳RGZ塑料四方扁平無引腳(VQFN)封裝,具有多種引腳功能。不同引腳負責電源輸入、輸出反饋、時鐘同步、GPIO控制等功能。例如,SMPSx_IN引腳為SMPS提供電源輸入,SMPSx_FDBK引腳用于輸出電壓感測,LDOx_IN和LDOx_OUT引腳分別為LDO提供電源輸入和輸出。

2.2 信號描述

每個引腳的信號具有不同的特性,包括輸入/輸出類型、電平、上拉/下拉電阻等。例如,PWRON引腳為外部電源開啟事件輸入,低電平有效;BOOT引腳用于電源啟動序列選擇,可設置為不同的OTP配置。

三、規(guī)格參數(shù)

3.1 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于確保其安全可靠運行至關重要。TPS65917-Q1的電壓、電流、溫度等參數(shù)都有明確的限制范圍,超出這些范圍可能會導致器件永久性損壞。

3.2 ESD額定值

該器件具備一定的靜電放電防護能力,HBM為+2000 V,部分引腳的CDM為±750 V,可有效防止靜電對器件造成損害。

3.3 推薦工作條件

在推薦的工作條件下,器件能夠發(fā)揮最佳性能。系統(tǒng)電壓輸入、溫度范圍等參數(shù)都有明確的推薦值,工程師在設計時應嚴格遵循這些條件。

3.4 熱信息

了解器件的熱性能對于散熱設計非常重要。TPS65917-Q1的熱阻參數(shù),如結到環(huán)境熱阻、結到外殼熱阻等,可幫助工程師合理設計散熱方案,確保器件在正常溫度范圍內工作。

3.5 電氣特性

包括LDO和SMPS的各種電氣參數(shù),如輸入濾波電容、輸出濾波電容、輸出電壓精度、壓降、輸出電流、電源紋波抑制比等。這些參數(shù)決定了器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。

3.6 開關特性

涉及SMPS的開關頻率、啟動時間、斜坡時間等參數(shù),以及LDO的開啟和關閉時間。這些特性對于電源的動態(tài)響應和穩(wěn)定性至關重要。

3.7 典型特性

通過一系列圖表展示了SMPS在不同工作模式、負載電流、溫度和頻率下的效率和負載調節(jié)特性,為工程師提供了實際應用中的性能參考。

四、詳細描述

4.1 概述

TPS65917-Q1是一款高度集成的電源管理集成電路,提供了豐富的電源資源和控制功能,可滿足不同處理器和應用的需求。

4.2 功能框圖

從功能框圖可以清晰地看到器件的各個組成部分,包括SMPS、LDO、GPADC、時鐘、電源序列控制器等,以及它們之間的連接和交互關系。

4.3 器件狀態(tài)機

器件集成了嵌入式電源控制器(EPC),根據(jù)不同的請求(ON、OFF、WAKE、SLEEP)執(zhí)行預定義的電源序列,控制器件資源的狀態(tài)。電源狀態(tài)機定義了NO SUPPLY、BACKUP、OFF、ACTIVE和SLEEP五種狀態(tài),以及它們之間的轉換條件。

4.4 電源資源

  • 降壓調節(jié)器:同步降壓轉換器具有高效率,可使用成本較低且體積較小的外部組件。支持強制PWM模式和Eco模式,可根據(jù)負載情況選擇合適的工作模式。具備輸出放電、輸出電流監(jiān)測、電源良好指示等功能,部分調節(jié)器支持DVS控制。
  • 低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO):所有LDO均可集成,可連接到系統(tǒng)電源或預調節(jié)電源。輸出電壓可根據(jù)需要選擇,但需注意輸入電壓和輸出電壓的匹配。部分LDO具有旁路功能,可用于特定應用。

4.5 SMPS和LDO輸入電源連接

為避免泄漏,所有SMPSx_IN電源引腳和VCCA引腳必須外部連接在一起。LDO預調節(jié)支持升壓電源,但輸出電壓需滿足一定條件。

4.6 首次電源檢測

器件可配置為檢測首次電源檢測(FSD)事件,并在檢測到事件后自動喚醒。FSD事件通過VCCA引腳電壓上升超過VSYS_LO閾值來檢測,過渡到ACTIVE狀態(tài)需要VCC_SENSE電壓上升超過VSYS_HI電壓。

4.7 長按鍵檢測

可檢測PWRON引腳的長按事件,檢測到后生成LONG_PRESS_KEY中斷并關閉系統(tǒng)。鍵按下持續(xù)時間可通過LONG_PRESS_KEY.LPK_TIME位配置。

4.8 12位Sigma - Delta通用模數(shù)轉換器(GPADC)

GPADC由12位Sigma - Delta ADC和8輸入模擬多路復用器組成,可讓主機處理器通過模數(shù)轉換監(jiān)測模擬信號。支持異步轉換請求和周期性轉換,可對不同通道進行校準,以提高測量精度。

4.9 通用輸入/輸出(GPIO)引腳

集成七個可配置的GPIO引腳,具有多種復用功能,可用于控制外部資源、產(chǎn)生中斷等。每個GPIO事件可在上升沿、下降沿或兩者觸發(fā)中斷,且可單獨屏蔽。

4.10 熱監(jiān)測

器件集成兩個熱檢測模塊,用于監(jiān)測芯片溫度。具備熱警告和熱關斷功能,可在溫度過高時保護器件。

4.11 中斷

中斷分為四個寄存器組(INT1、INT2、INT3和INT4),每個組有三個相關控制寄存器。所有中斷邏輯組合在一個輸出線INT上,主機處理器可通過讀取中斷狀態(tài)寄存器來識別中斷源。

4.12 控制接口

提供兩種可選的控制接口,即兩個高速I2C接口或一個SPI接口,用于控制和配置器件。I2C接口包括通用控制(GPC)接口和動態(tài)電壓縮放(DVS)接口,分別用于資源配置和SMPS輸出電壓動態(tài)調整。SPI接口為4線從接口,支持單訪問和突發(fā)訪問模式。

4.13 OTP配置內存

OTP配置位在寄存器映射中有所體現(xiàn),這些位在復位時的初始值為OTP配置內存的副本。

4.14 看門狗定時器(WDT)

看門狗定時器有周期性模式和中斷模式兩種工作模式。在周期性模式下,定期生成中斷,若中斷未在規(guī)定時間內清除,器件將啟動關機;在中斷模式下,任何中斷源可重置看門狗計數(shù)器,若中斷源未在規(guī)定時間內清除,器件也將啟動關機。

4.15 系統(tǒng)電壓監(jiān)測

通過比較器監(jiān)測VCC_SENSE和VCCA引腳的電壓,控制器件的電源狀態(tài)機。包括POR、VSYS_LO、VSYS_MON和VBUS_DET等監(jiān)測功能,可根據(jù)電壓變化實現(xiàn)不同的狀態(tài)轉換。

4.16 寄存器映射

寄存器映射描述了器件的各種配置和狀態(tài)信息,可通過控制接口進行訪問和配置。

4.17 器件識別

通過特定寄存器可區(qū)分不同的TPS65917-Q1器件,如PRODUCT_ID_MSB、PRODUCT_ID_LSB、DESIGNREV和SW_REVISION等寄存器。

五、應用、實現(xiàn)與布局

5.1 應用信息

TPS65917-Q1適用于各種汽車應用,為處理器提供全面的電源管理解決方案。在使用時,需確保器件在推薦的工作條件下運行,采取適當?shù)睦鋮s策略和優(yōu)化的PCB布局,以保證器件性能。

5.2 典型應用

以典型的ADAS系統(tǒng)為例,展示了TPS65917-Q1的應用場景和設計要求。包括電源電壓、開關頻率、各電源資源的電壓和電流等參數(shù),以及推薦的外部組件。

5.3 布局

布局對于開關模式電源設計至關重要。遵循一般的布局規(guī)則,如使用實心接地平面、將輸入電容靠近輸入引腳、減小相節(jié)點環(huán)路面積等,可降低電磁干擾,提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。同時,需注意寄生電感和電阻的控制,確保電壓尖峰不超過規(guī)定范圍。

5.4 電源供應耦合和大容量電容

TPS65917-Q1設計用于3.135 V至5.25 V的模擬電源電壓范圍,輸入電源應良好調節(jié),并通過適當?shù)呐月冯娙葸B接到VCCA引腳以及SMPS和LDO輸入引腳。若輸入電源距離器件較遠,可能需要額外的電容。

六、總結

TPS65917-Q1是一款功能強大、性能卓越的汽車級電源管理單元。其豐富的電源資源、靈活的控制接口、完善的保護機制和熱管理功能,使其成為汽車電子應用中的理想選擇。電子工程師在設計時,應充分了解器件的特性和參數(shù),合理選擇外部組件,優(yōu)化PCB布局,以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時,要注意遵循推薦的工作條件和布局規(guī)則,避免因不當操作導致器件損壞或性能下降。你在實際應用中是否遇到過類似電源管理芯片的設計挑戰(zhàn)呢?歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。

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