TPS65400-Q1 汽车，4.5 V 至 18 V 输入，4 A/4 A/2 A/2 A 同步四通道转换器数据手册

TPS65400-Q1 是一款集成式 PMU，针对 需要小尺寸和高功率转换效率的应用，可实现小型 空间受限的设备，具有较高的环境工作温度，无需冷却。它提供 通过实现从中间的单级转换，在系统级别实现高功率效率 具有优化稳压器组合的配电总线。

TPS65400-Q1 实现了 PMBus-I 型^2^C 兼容数字接口。它帮助 Core Chip 优化 通过运行时更改稳压、电源顺序、相位交错、 工作频率、回读作状态等。
*附件：tps65400-q1.pdf

TPS65400-Q1 由四个大电流降压转换器组成 带集成 FET 的开关稳压器（SW1、SW2、SW3 和 SW4）。开关电源 用于为大电流数字电路供电，例如处理器、FPGA、ASIC、存储器、 和数字 I/O。SW1 和 SW2 各支持 4 A，SW3 和 SW4 各支持 2 A。每个调节器 开关频率可独立调节，最高可达 2.2 MHz。

每个开关的电流限制可编程性可实现电感器额定值的优化 对于不需要最大电流能力的特定应用配置。

TPS65400-Q1 可由单输入电压供电 电源轨电压在 4.5V 和 18V 之间，适用于采用 5V 或 12V 电压供电的应用 中间配电总线。

可以使用单独的 enable 终端或通过 通过 I 对序列进行编程^2^C 总线连接到板载 EEPROM。 输出电压可通过外部电阻网络设置，VREF 可从 0.6 开始编程 至 1.87 V，步长为 10 mV。所有控制和状态信息均可通过兼容 PMBus 的 PMBus 访问 我^2^C 总线。

特性

• 适用于汽车应用
• 符合 AEC-Q100 标准，结果如下：
  • 器件温度等级 1：-40°C 至 125°C 环境工作温度范围
  • 器件 HBM ESD 分类等级 H2
  • 器件 CDM ESD 分类等级 C4B
• 每个开关稳压器的效率高达 95%
• 开关稳压器规格：
  • 输入电压范围：4.5 至 18 V
  • Vout 范围：0.6 V-90%Vin
  • SW1、SW2 Iout：最大 4A
  • SW3、SW4 Iout：最大 2A
• 预偏置启动算法可最大限度地减少启动期间的电压骤降
• 内部欠压锁定 （UVLO）、过流保护 （OCP）、过压保护 （OVP） 和过热保护 （OTP）
• 耐热增强型 7mm × 7mm 48 引脚、0.5mm 间距 VQFN 封装
• Pin Accessible 功能：
  • 具有外部反馈电阻器的可调 VOUT
  • 通过每个开关稳压器的精密使能引脚进行时序控制
  • 电阻器可调 PWM 开关频率：275 kHz 至 2.2 MHz
  • 时钟同步输入和时钟输出
  • 通过外部电容器实现软启动延迟
  • SW1 和 SW2 之间以及 SW3 和 SW4 之间的均流允许在需要时支持更高的电流需求
• PMBus 运行时间控制和状态
  • 通过调整 V 进行运行时间电压定位裁判
  • 每个切换器的启用和禁用
  • 故障和状态监控
• 用户可配置的 PMBus / I^2^C 选项，保存在 EEPROM 中
  • 电源开启和关闭排序
  • 排序可以基于固定时间延迟或 PGOOD 依赖性
  • 通过 VREF 配置进行初始电压定位
  • 每个开关的 PWM 频率调整
  • 每个开关的单独 PWM 相位校准，以最大限度地减少纹波和电容器尺寸
  • 每个稳压器上的可调电流限制可实现电感器的尺寸和成本优化
  • 软启动时间

参数

方框图

一、产品基本信息

• 型号与认证 ：TPS65400-Q1，符合汽车应用标准，通过 AEC-Q100 认证，温度等级 1（-40°C 至 125°C 环境工作范围），HBM ESD 等级 H2，CDM ESD 等级 C4B。
• 版本信息 ：文档编号 SLVSCQ2，2015 年 7 月发布。
• 功能定位 ：4.5-18V 输入，集成 4 个降压转换器的灵活电源管理单元，支持 PMBus/I2C 接口，适用于高电流数字电路供电。

二、关键特性

• 电源转换 ：
  • SW1/SW2 ：4A 最大输出电流，输出电压范围 0.6V 至 90% 输入电压。
  • SW3/SW4 ：2A 最大输出电流，输出电压范围 0.6V 至 90% 输入电压。
  • 效率 ：每个开关稳压器效率高达 95%。
• 控制与保护 ：
  • PMBus/I2C 接口 ：支持实时控制、状态监控、参数配置，用户可配置选项存储在 EEPROM 中。
  • 启动与保护 ：预偏置启动算法减少启动时电压骤降，集成欠压锁定（UVLO）、过流保护（OCP）、过压保护（OVP）和过温保护（OTP）。
• 灵活配置 ：
  • 时序控制 ：通过每个开关的精密使能引脚或 PMBus 编程实现电源开启和关闭时序，可基于固定时间延迟或 PGOOD 依赖。
  • 频率与相位 ：电阻可调 PWM 开关频率 275kHz 至 2.2MHz，支持时钟同步输入和输出，各开关 PWM 相位对齐以最小化纹波。
  • 电流共享 ：SW1 与 SW2、SW3 与 SW4 之间可实现电流共享，支持更高电流需求。

三、应用领域

• 汽车应用 ：符合汽车级标准，适用于车载电子系统。
• 通信基础设施 ：小型蜂窝基站（微微蜂窝和微蜂窝）、PoE 供电设备，为 DSP 和 MCU 供电。
• 工业与自动化 ：需要小尺寸、高效率、高环境工作温度和灵活电源管理的系统。

四、详细描述

• 引脚配置 ：48 引脚 7mm×7mm VQFN 封装，包括电源输入（PVIN）、开关引脚（SW）、使能引脚（ENSW）、反馈引脚（VFB）、补偿引脚（COMP）、软启动 / PG 引脚（SS/PG）、I2C 接口引脚（SDA/SCL）等，各引脚功能明确。
• 工作模式 ：
  • 连续导通模式（CCM） ：中高负载时工作，峰值电流模式控制，便于环路补偿。
  • 混合 CCM/DCM 模式 ：轻负载时自动切换，提高效率。
  • 电流共享模式 ：成对开关（SW1-SW2、SW3-SW4）可配置为电流共享， slave 开关 PWM 与 master 相差 180° 相位。
• PMBus 接口 ：
  • 支持 PMBus 1.2 协议，可配置输出电压、开关频率、时序、软启动时间、电流限制等参数，读取故障和状态信息。
  • 7 位 I2C 地址通过 I2CADDR 引脚电阻设置，支持 100kHz 和 400kHz 总线速度，带数据包错误检查（PEC）。

五、规格参数

• 绝对最大额定值 ：PVIN 等引脚电压 - 0.3V 至 20V，SW 引脚 - 1V 至 20V，工作结温 - 40°C 至 150°C。
• 推荐工作条件 ：输入电压 4.5-18V，输出电流 SW1/SW2 0-4A、SW3/SW4 0-2A，反馈电压 0.6-1.87V。
• 热信息 ：结到环境热阻 29.8°C/W，结到板热阻 6.3°C/W。
• 电气特性 ：
  • MOSFET 导通电阻 ：SW1/SW2 高侧典型 66mΩ、低侧 42mΩ；SW3/SW4 高侧典型 120mΩ、低侧 90mΩ。
  • 参考电压 ：0.8V（默认），可通过 PMBus 编程 0.6-1.87V，10mV 步长，精度 ±1%。

六、应用与实现

• 典型应用电路 ：输入 12V 时，可配置为多个输出电压（如 1.8V、3.3V 等），为核心处理器、内存、I/O 等供电，支持内部时序、电流共享或外部时序控制。
• 设计流程 ：
  • 元件选择 ：输出电感根据电流纹波和饱和电流选择，输出电容考虑纹波和瞬态响应，输入电容使用低 ESR 陶瓷电容。
  • 补偿网络 ：采用 Type II 或 Type III 补偿，优化环路稳定性和瞬态响应。
• 布局指南 ：输入电容靠近 VIN 和 GND 引脚，SW 节点面积最小化，反馈和补偿元件靠近 COMP 引脚，热焊盘通过过孔连接接地平面。

七、封装与订购

• 封装类型 ：7mm×7mm、0.5mm 间距 48 引脚 VQFN（RGZ）封装，热增强型，外露热焊盘。
• 订购型号 ：如 TPS65400QRGZRQ1、TPS65400QRGZTQ1 等，包装数量 250 或 2500，符合 RoHS 标准，MSL 评级 Level-3-260°C-168HR，标记为 TPS65400Q。