TPSM8A28和TPSM8A29降壓電源模塊：高效與小尺寸的完美結(jié)合

在電子設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，電源模塊的性能和尺寸往往是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。今天，我們就來深入探討一下德州儀器（TI）推出的TPSM8A28和TPSM8A29降壓電源模塊，看看它們是如何在高效和小尺寸之間取得平衡的。

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產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

寬輸入輸出范圍

TPSM8A28的輸入電壓范圍為3V至16V，最大輸出電流可達(dá)12A；TPSM8A29的輸入電壓范圍為4V至16V，最大輸出電流為15A。當(dāng)使用外部偏置時(shí)，輸入范圍可擴(kuò)展至2.7V至16V，外部偏置電壓范圍為4.75V至5.3V，輸出電壓范圍為0.6V至5.5V。這種寬范圍的輸入輸出特性，使得它們能夠適應(yīng)多種不同的應(yīng)用場景。

集成化設(shè)計(jì)

這兩款模塊集成了MOSFET、電感器和基本無源元件，無需外部補(bǔ)償，大大減小了解決方案的尺寸。這種集成化設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了電路板空間，還降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的可靠性。

先進(jìn)的控制模式

采用D - CAP3?控制模式，具有快速的負(fù)載階躍響應(yīng)能力，能夠支持所有陶瓷輸出電容器。同時(shí)，0.6V參考電壓在 - 40°C至 + 125°C的結(jié)溫范圍內(nèi)具有±1%的容差，保證了輸出電壓的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

靈活的工作模式

支持可選的FCCM或自動(dòng)跳過Eco - mode?，可在輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率。此外，還具有可編程的電流限制、引腳可選的開關(guān)頻率（600kHz、800kHz、1MHz）、差分遠(yuǎn)程感應(yīng)、可編程軟啟動(dòng)時(shí)間、外部參考輸入跟蹤、預(yù)偏置啟動(dòng)能力、開漏電源良好輸出等功能，為工程師提供了更多的設(shè)計(jì)靈活性。

詳細(xì)功能解析

內(nèi)部VCC LDO和外部偏置

模塊內(nèi)部有4.5V的LDO，當(dāng)VIN電壓高于VINUVLO上升閾值且EN電壓高于使能閾值時(shí)，LDO啟用并調(diào)節(jié)VCC引腳的輸出電壓。VCC引腳內(nèi)部集成了旁路電容，無需外部旁路。使用外部偏置時(shí)，若在EN信號之前施加外部偏置，可強(qiáng)制關(guān)閉內(nèi)部LDO，提高轉(zhuǎn)換器效率。但要注意電源的上電和下電順序，避免因VCC引腳電流過大而導(dǎo)致LDO關(guān)閉。

使能功能

當(dāng)EN引腳電壓高于使能閾值（典型值1.22V）且VIN高于VINUVLO上升閾值時(shí)，設(shè)備進(jìn)入內(nèi)部上電序列。使用內(nèi)部VCC LDO和外部偏置時(shí)，上電序列略有不同，但都包括VCC充電、上電延遲和軟啟動(dòng)三個(gè)步驟。EN引腳有內(nèi)部濾波器和下拉電阻，可避免因小干擾而意外開關(guān)，但在正常工作時(shí)，下拉電阻的抗干擾能力可能不足。

輸出電壓設(shè)置

輸出電壓通過電壓分壓器電阻RFB_HS和RFB_LS進(jìn)行編程。FB精度受內(nèi)部600mV參考電壓和SS/REFIN - to - FB精度的影響。為提高Vout精度，建議使用±1%精度或更高的電阻。同時(shí)，無論采用遠(yuǎn)程感應(yīng)還是單端感應(yīng)，F(xiàn)B電壓分壓器都應(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置。

遠(yuǎn)程感應(yīng)功能

通過FB和VSNS–引腳實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程感應(yīng)功能，可補(bǔ)償PCB跡線上的電壓降，保持輸出電壓的穩(wěn)定性。在遠(yuǎn)程感應(yīng)時(shí)，連接FB電壓分壓器電阻的PCB跡線寬度至少為12mil，并采用Kelvin感應(yīng)，同時(shí)要注意遠(yuǎn)離噪聲源，可使用接地平面進(jìn)行屏蔽。單端感應(yīng)時(shí)，將較高的FB電阻連接到高頻本地旁路電容，并將VSNS–短接到AGND。

軟啟動(dòng)功能

支持內(nèi)部固定軟啟動(dòng)（1.5ms）和外部可調(diào)軟啟動(dòng)。通過在SS/REFIN和VSNS–引腳之間添加軟啟動(dòng)電容，可以增加軟啟動(dòng)時(shí)間。在內(nèi)部上電延遲期間，SS/REFIN引腳會(huì)內(nèi)部放電，確保軟啟動(dòng)斜坡從零開始。

外部REFIN用于輸出電壓跟蹤

SS/REFIN引腳可接受外部參考電壓，當(dāng)施加外部參考時(shí)，F(xiàn)B電壓將跟隨該外部電壓。在內(nèi)部上電延遲期間，會(huì)檢測SS/REFIN引腳的電壓，以確定是否使用外部參考。為確保正確檢測外部參考，建議在EN高信號之前施加穩(wěn)定的DC外部參考。

頻率和操作模式選擇

TPSM8A29提供強(qiáng)制CCM操作和自動(dòng)跳過Eco - mode，用戶可以通過將MODE引腳連接到AGND引腳的電阻來選擇開關(guān)頻率和操作模式。MODE狀態(tài)在內(nèi)部上電延遲期間設(shè)置并鎖定，之后更改MODE引腳電阻不會(huì)改變設(shè)備狀態(tài)。

D - CAP3?控制

D - CAP3?控制架構(gòu)通過內(nèi)部紋波生成網(wǎng)絡(luò)，模擬電感電流信息，并與電壓反饋信號相結(jié)合來調(diào)節(jié)環(huán)路操作。該架構(gòu)無需外部電流傳感網(wǎng)絡(luò)或電壓補(bǔ)償器，能夠適應(yīng)低ESR輸出電容器。在選擇輸出濾波器的電感和電容時(shí)，要確保LC雙極點(diǎn)的位置滿足要求，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

過流、過壓和欠壓保護(hù)

輸出過流限制（OCL）采用逐周期谷底電流檢測控制電路，當(dāng)檢測到低側(cè)FET的漏源電流超過電流限制閾值時(shí)，低側(cè)FET保持導(dǎo)通，直到電流低于閾值。過壓和欠壓保護(hù)通過監(jiān)測反饋電壓來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)FB電壓超出規(guī)定范圍時(shí)，設(shè)備會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的保護(hù)模式，如打嗝模式或鎖存關(guān)閉模式。

應(yīng)用與設(shè)計(jì)實(shí)例

典型應(yīng)用

以TPSM8A29為例，將輸入電壓范圍為9.6V至14.4V轉(zhuǎn)換為1V輸出，最大負(fù)載電流為15A的設(shè)計(jì)。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，選擇了600kHz的開關(guān)頻率以最大化效率。

詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

1. 輸出電壓設(shè)置：通過電壓分壓器電阻R1和R2設(shè)置輸出電壓，推薦R2值為10kΩ，根據(jù)公式計(jì)算出R1值為6.65kΩ。
2. 電感選擇：模塊內(nèi)部集成了優(yōu)化的0.6μH電感。
3. 電流限制設(shè)置：通過TRIP電阻設(shè)置谷底電流限制，根據(jù)公式計(jì)算出推薦的電流限制目標(biāo)和TRIP電阻值。
4. 輸出電容選擇：選擇輸出電容時(shí)，需要考慮穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)輸出電壓紋波和調(diào)節(jié)器對負(fù)載電流變化的瞬態(tài)響應(yīng)。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出滿足各項(xiàng)要求的最小和最大輸出電容值，最終選擇了8 × 47μF的陶瓷電容器。
5. 輸入電容選擇：在VIN和PGND引腳之間需要輸入旁路電容，至少需要10μF的陶瓷電容。根據(jù)輸入電壓紋波和輸入RMS電流的要求，選擇了2 × 22μF的陶瓷電容器。
6. 軟啟動(dòng)電容：使用默認(rèn)的1.5ms軟啟動(dòng)時(shí)間，可通過在SS/REFIN引腳放置電容來擴(kuò)展軟啟動(dòng)時(shí)間。
7. EN引腳電阻分壓器：通過電阻分壓器設(shè)置轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)電壓，根據(jù)公式計(jì)算出上下電阻的值。
8. 其他元件：VCC旁路電容和BOOT電容內(nèi)部已集成，無需外部添加。PGOOD引腳為開漏輸出，需要上拉電阻，推薦值為1kΩ至100kΩ。

布局與注意事項(xiàng)

布局指南

• 輸入和輸出電容器應(yīng)放置在PCB的頂層，并插入至少一個(gè)實(shí)心接地內(nèi)層平面，以屏蔽和隔離小信號跡線與嘈雜的電源線。
• 至少需要在PGND引腳附近放置十三個(gè)PGND過孔，以最小化寄生阻抗和降低熱阻。
• 反饋電阻應(yīng)始終靠近設(shè)備放置，以最小化FB跡線距離。
• 遠(yuǎn)程感應(yīng)時(shí)，連接FB電壓分壓器電阻的跡線應(yīng)滿足一定要求，并遠(yuǎn)離噪聲源；單端感應(yīng)時(shí)，按相應(yīng)方式連接。
• AGND引腳（引腳8）應(yīng)單點(diǎn)連接到實(shí)心PGND平面，可使用公共AGND過孔連接TRIP和MODE電阻。

EMI性能

TPSM8A28和TPSM8A29符合EN55011 Class - A輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行EMI測試時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)的TPSM8A29EVM并在輸入線上添加鐵氧體61型磁珠。

總結(jié)

TPSM8A28和TPSM8A29降壓電源模塊憑借其寬輸入輸出范圍、集成化設(shè)計(jì)、先進(jìn)的控制模式和豐富的保護(hù)功能，為電子工程師在低輸出電壓負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用中提供了一個(gè)高效、可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇外部元件和優(yōu)化布局，能夠充分發(fā)揮這兩款模塊的性能優(yōu)勢。你在使用類似電源模塊時(shí)有沒有遇到過什么挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。