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德州仪器TPSM63608高密度同步降压DC/DC电源模块技术解析

科技观察员 ? 2025-08-18 11:51 ? 次阅读
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Texas Instruments TPSM63608同步降压直流/直流电源模块是一款高度集成的36V、6A直流/直流解决方案,集成了多个功率 MOSFET、一个屏蔽式电感器和多个无源器件,并采用增强型HotRod? QFN封装。该模块的VIN和VOUT引脚位于封装的边角处,可优化输入和输出电容器在布局中的放置。模块下方具有四个较大的散热焊盘,可在制造过程中实现简单布局和轻松处理。TPSM63608具有1V到20V输出电压,旨在快速、轻松实现小尺寸PCB的低EMI设计。总体解决方案仅需四个外部元件,并且省去了设计流程中的磁性和补偿元件选择过程。

数据手册:*附件:Texas Instruments TPSM63608同步降压直流-直流电源模块数据手册.pdf

虽然尺寸小,操作简单,设计用于在空间受限的应用,但是Texas Instruments TPSM63608模块具有许多特性来实现稳健的性能:具有迟滞功能的精密使能端可实现输入电压UVLO调节、电阻编程开关节点压摆率和扩频以改善EMI。与集成式V CC 、自举和输入电容器一起使用,可提高可靠性和密度。该模块可配置为在满负载电流范围 (FPWM) 内保持恒定开关频率,也可配置为可变频率 (PFM) 以提高轻负载效率。该模块包含PGOOD指示器,可实现时序控制、故障报告和输出电压监测功能。

特性

  • 支持功能安全
    • 来辅助功能安全系统设计的文档
  • 多功能36 V IN 、6AOUT同步降压模块
    • 集成MOSFET、电感器和控制器
    • 可调节输出电压范围为1V至20V
    • 6.5mm × 7.5mm × 4mm超模压塑料封装
    • 结温范围:–40°C至125°C
    • 可调频率范围:200kHz至2.2MHz
    • 负输出电压应用功能
  • 在整个负载范围内具有超高效率
    • 峰值效率:95%+
    • 用于提升效率的外部偏置选项
    • 外露焊盘可实现低热阻抗 (EVM θ J A =18.2°C/W)
    • 关断时的静态电流为:0.6?A (典型值)
    • 典型压差:0.5V(4A负载时)
  • 超低传导和辐射EMI签名
    • 具有双输入路径和集成电容器的低噪声封装可降低开关振铃
    • 电阻器调节的开关节点压摆率
    • 符合CISPR 11和32 B类发射要求
  • 适用于可扩展电源
    • 引脚兼容(36V、8A)
  • 固有保护特性可实现稳健设计
    • 精密使能输入和漏极开路PGOOD指示器(用于时序、控制和VIN UVLO)
    • 过流和热关断保护

功能框图

1.png

德州仪器TPSM63608高密度同步降压DC/DC电源模块技术解析

一、产品核心特性与创新设计

TPSM63608是德州仪器(TI)推出的高集成度同步降压电源模块,具有以下突出特性:

?1. 宽范围输入输出能力?

  • 输入电压范围:3V至36V(瞬态耐受42V)
  • 输出电压范围:1V至20V可调(25mV步进精度)
  • 持续输出电流:6A(峰值8A)

?2. 超高集成度设计?

  • 集成功率MOSFET、屏蔽电感和控制器
  • 6.5mm×7.5mm×4mm HotRod? QFN封装
  • 仅需4个外部元件即可工作

?3. 卓越的能效表现?

  • 峰值效率>95%(VOUT=5V时)
  • 0.6μA超低关断静态电流
  • 0.5V典型压降电压(4A负载时)

?4. 增强型EMI性能?

  • 双输入路径设计降低开关振铃
  • 可调开关节点压摆率(通过RBOOT配置)
  • 满足CISPR 11/32 Class B EMI标准

二、关键电路设计要点

1. 外围元件选型指南

元件类型推荐参数典型型号
输入电容2×10μF陶瓷(X7R)Murata GRM32ER71H106KA12L
输出电容3×47μF陶瓷(X7R)TDK CGA6P3X7S1H106M
反馈电阻RFBT=100kΩVishay CRCW系列
频率设置电阻15.8kΩ(1MHz)

2. 工作模式配置

? 自动模式(PFM/PWM) ?

  • 轻载时自动切换至PFM模式提升效率
  • 重载时保持PWM模式确保稳压精度

? 强制PWM模式(FPWM) ?

  • SYNC/MODE引脚接高电平
  • 全负载范围内保持固定频率

?同步模式?

  • 支持200kHz-2.2MHz外部时钟同步
  • 需设置RT电阻接近同步频率

3. 保护功能机制

  • ?过流保护?:8.4-14.2A峰值限流,40ms打嗝模式
  • ?热关断?:168°C触发(159°C恢复)
  • ?输出监测?:PG信号指示94%-112%稳压范围
  • ?输入UVLO?:可编程输入欠压锁定(1V迟滞)

三、典型应用设计实例

1. 工业24V转5V/6A电源方案

?关键参数配置?

  • 反馈电阻:RFBT=100kΩ, RFBB=24.9kΩ
  • 开关频率:1MHz(RRT=15.8kΩ)
  • 输入电容:2×10μF/50V陶瓷
  • 输出电容:3×47μF/10V陶瓷

?实测性能?

  • 效率:94.3%@4A负载(VIN=12V)
  • 负载调整率:±1%(0.1A-4A)
  • 传导EMI:低于CISPR 11 Class B限值6dB

2. 负压输出应用(-12V/3.8A)

?拓扑配置要点?

  • VIN+接输入正极,VIN-接输出负极
  • FB分压电阻:RFBT=110kΩ, RFBB=10kΩ
  • 输出电流公式:IOUT(max)=6A×(1-D)

?布局注意事项?

  • 输入/输出电容需对称布置
  • VLDOIN必须连接至功率地(VOUT引脚)
  • 功率回路面积最小化

四、PCB布局指南

  1. ?热设计优化?
    • 使用2oz铜厚四层板设计
    • 布置12个φ0.3mm散热过孔
    • 顶层铜箔面积≥15mm?
  2. ?EMI抑制措施?
    • 输入电容对称靠近VIN1/VIN2引脚
    • 开关节点走线长度<5mm
    • 反馈电阻紧贴FB引脚布局
  3. ?接地策略?
    • AGND与PGND在模块下方单点连接
    • 避免功率地环路
    • 底层完整地平面作噪声屏蔽
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