TPS5683x同步降压转换器技术解析与应用指南
Texas Instruments TPS5683x同步降压转换器 是一款简单易用的降压转换器，可在Eco-mode模式下工作，从而在轻负载时实现高效率。该器件具有4.5V至28V的宽输入电压范围和高达8A的连续输出电流，输出电压在0.6V至13V之间。 TPS5683x转换器具有500kHz、800kHz和1200kHz三种可选的开关频率和通过MODE引脚配置可选的电流限制。该同步降压转换器具有可调的软启动 时间，方法是连接SS电容器，在SS引脚悬空时默认为 1.8 ms。该转换器提供非锁存过压 (OV)、欠压 (UV)、过流 (OC)、过热 (OT) 和欠压闭锁 (UVLO) 保护，并提供电源良好指示器和输出放电功能。TPS5683x转换器用于工业PC、工厂自动化和控制、多功能打印机、便携式电子产品、电视、扬声器和视频会议系统。
数据手册：*附件：Texas Instruments TPS5683x同步降压转换器数据手册.pdf
特性
- 输入电压范围：4.5 V至28 V
- 输出电压范围：0.6 V至13 V
- 支持8 A连续输出电流
- 集成20.4 mΩ和9.5 mΩ MOSFET
- 在25°C下，具有0.6V±1%的基准电压
- 低静态电流：45uA (TPS56837)
- TPS56837具有Eco-mode（自动跳跃模式），提高轻负载效率
- TPS56838具有强制连续导通模式 (FCCM)
- TPS56836具有Out-of-Bee? (OOA) 模式
- 可选开关频率：500kHz、800kHz和1200kHz，通过模式选择
- D-CAP3?控制模式，实现快速瞬态响应
- 低侧MOSFET可逐周期调节电流限制，通过模式选择
- 可调软启动时间，默认为1.8 ms
- 内置输出放电功能
- 电源正常状态指示器，可监测输出电压
- 支持高达98%的占空比运行
- 非锁存UV、OV、OT和UVLO保护
- 工作结温范围：–40°C至150 °C
- 小型10引脚3mm × 3mm HotRod? QFN封装
- 与6A TPS56637和8A TPS56837H引脚对引脚兼容
典型应用电路
框图
TPS5683x系列同步降压转换器技术解析与应用指南
一、核心特性
- ?高效集成?：内置20.4mΩ(高边)和9.5mΩ(低边)MOSFET
- ?超低静态电流?：TPS56837典型值仅45μA
- ?多种工作模式?：
- TPS56837：Eco-mode(自动跳频模式)提升轻载效率
- TPS56838：强制连续导通模式(FCCM)降低输出纹波
- TPS56836：Out-of-Audio?(OOA)模式避免可闻噪声
- ?可调开关频率?：500kHz/800kHz/1200kHz三档可选
- ?全面保护功能?：UV/OV/OC/OT/UVLO保护，带功率良好指示
二、关键参数详解
1. 电气特性
- ?输入电压范围?：4.5V-28V(绝对最大值32V)
- ?输出电压范围?：0.6V-13V
- ?输出电流能力?：8A连续电流
- ?参考电压精度?：0.6V±1%(25°C时)
- ?导通电阻?：
- 高边MOSFET：20.4mΩ(典型值@5V驱动)
- 低边MOSFET：9.5mΩ(典型值)
2. 开关特性
- ?传播延迟?：33ns(典型值)
- ?开关频率选项?：500kHz/800kHz/1200kHz
- ?最小导通时间?：50ns
- ?最小关断时间?：150ns
3. 保护特性
- ? 过流保护(OCP) ?：高低边MOSFET逐周期限流
- ? 过压保护(OVP) ?：125%VOUT阈值
- ? 欠压保护(UVP) ?：65%VOUT阈值
- ? 热关断(OTP) ?：165°C触发(30°C迟滞)
三、功能模式解析
1. D-CAP3控制模式
TPS5683x采用自适应导通时间PWM控制器，具有以下优势：
- 无需外部补偿网络
- 支持超低ESR陶瓷电容
- 快速瞬态响应(典型值33ns传播延迟)
- 良好的线性和负载调整率
2. 工作模式选择
通过MODE引脚配置可提供六种工作状态组合：
| MODE电阻值 | 开关频率 | 电流限制 |
|---|---|---|
| 10kΩ | 500kHz | ILIM-1(7.2A) |
| 30.1kΩ | 500kHz | ILIM(9.6A) |
| 102kΩ | 800kHz | ILIM-1(7.2A) |
| 162kΩ | 800kHz | ILIM(9.6A) |
| 249kΩ | 1200kHz | ILIM-1(7.2A) |
| 374kΩ | 1200kHz | ILIM(9.6A) |
3. 特殊工作模式
- ? Eco-mode(TPS56837) ?：轻载时自动降低开关频率，效率最高达95%
- ? FCCM模式(TPS56838) ?：全负载范围保持固定频率，适用于对纹波敏感应用
- ? OOA模式(TPS56836) ?：开关频率始终高于30kHz，避免可闻噪声
四、典型应用设计
1. 工业电源设计示例
?设计要求?：
- 输入电压：24V(5.5V-28V范围)
- 输出电压：5V
- 输出电流：8A
- 开关频率：500kHz
?关键元件选型?：
- ?电感?：3.3μH(如Wurth 744325330，饱和电流15A)
- ?输出电容?：2×22μF MLCC(如Murata GRM32ER71E226KE15L)
- ?反馈电阻?：R6=73.2kΩ，R7=10kΩ
- ?自举电容?：0.1μF/10V X5R陶瓷电容
2. 热设计考虑
器件采用3mm×3mm HotRod? QFN封装，热参数：
- 结到环境热阻θJA：68.1°C/W(四层板降至30°C/W)
- 最大结温：150°C
- 功率耗散计算：PD = (VIN-VOUT)×IOUT
对于24V转5V/8A应用，建议：
- 使用散热过孔阵列
- 保证足够的铜箔面积
- 考虑强制风冷(如需长时间满负荷工作)
五、PCB布局指南
- ?电源路径布局?：
- VIN和PGND走线尽可能宽短
- 输入电容尽量靠近VIN引脚
- SW节点面积最小化以减少EMI
- ?信号路径布局?：
- FB走线远离高噪声区域
- AGND单点连接至PGND
- MODE/SS走线避免与SW平行
- ?热优化布局?：
- 在PGND焊盘下方放置多个过孔
- 内层1设置为PGND/AGND平面
- 内层2设置为完整PGND平面
六、选型与应用场景
1. 型号对比指南
| 型号 | 工作模式 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| TPS56836 | OOA模式 | 音频设备、医疗仪器 |
| TPS56837 | Eco-mode | 电池供电设备、IoT终端 |
| TPS56838 | FCCM模式 | 工业PLC、测试设备 |
2. 典型应用领域
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发表于 03-21 13:47
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