TPS55189-Q1 具有 I²C 接口的汽车级 27V 8A 升降压转换器数据手册

TPS55189-Q1 是一款同步降压-升压转换器，针对将电池电压或适配器电压转换为电源轨进行了优化。TPS55189-Q1 集成了四个 MOSFET 开关，为 USB 供电 （USB PD） 应用提供了紧凑的解决方案。

TPS55189-Q1 具有高达 27V 的输入电压能力。通过 I2C 接口，TPS55189-Q1 的输出电压可以在 0.8V 至 22V 范围内编程，步长为 10mV。当工作在升压模式下时，它可以从 12V 输入电压提供 60W 的功率。它能够从 9V 输入电压提供 45W 的功率。
*附件：tps55189-q1.pdf

TPS55189-Q1 采用平均电流模式控制方案。开关频率可通过外部电阻器在 200kHz 至 2.2MHz 范围内编程，并可与外部时钟同步。TPS55189-Q1 还提供可选的扩频，以最大限度地降低峰值 EMI。

TPS55189-Q1 提供输出过压保护、平均电感电流限制、逐周期峰值电流限制和输出短路保护。TPS55189-Q1 还通过在持续过载条件下的可选输出电流限制和打嗝模式保护确保安全运行。

TPS55189-Q1 可以使用具有高开关频率的小电感器和小电容器。它采用 3.0mm × 5.0mm QFN 封装。

特性

• 符合 AEC-Q100 标准：
  • 器件温度等级 1：-40°C 至 +125°C 环境工作温度范围
• 功能安全
  • 提供有助于功能安全系统设计的文档
• 可编程电源 （PPS） 支持 USB 供电 （USB PD）
  • 宽输入电压范围：3.0V 至 27V（绝对最大值 .42V）
  • 可编程输出电压范围：0.8V 至 22V，步长为 10mV
  • ±1% 基准电压精度
  • 可调节的输出电压补偿，用于电缆上的电压下降
  • 可编程输出电流限制高达 6.35A，步长为 50mA
  • ±5% 精度的输出电流监控
  • I2C 接口
• 在整个负载范围内具有高效率
  • VIN = 12V、VOUT = 20V 和 IOUT = 3A 时效率为 96%
  • 轻负载时的可编程 PFM 和 FPWM 模式
• 避免频率干扰和串扰
  • 可选时钟同步
  • 200kHz 至 2.2MHz 的可编程开关频率
• EMI 抑制
  • 可选的可编程扩频
  • 无铅封装
• 丰富的保护功能
  • 输出过压保护
  • 用于输出短路保护的打嗝模式
  • 热关断保护
  • 8A 平均电感电流限制
• 小解决方案尺寸
  • 最大开关频率高达 2.2MHz
  • 3.0mm × 5.0mm HotRod™ QFN 封装

参数

方框图

概述

TPS55189-Q1是一款集成了四个MOSFET开关的同步升降压（Buck-Boost）DC-DC转换器，适用于USB电源传输（USB PD）、车载充电器、无线充电器等多种应用。该转换器支持宽输入电压范围（3.0V至27V），可编程输出电压范围（0.8V至22V），并具有I2C接口以实现灵活的配置和控制。

主要特性

性能参数

• ‌输入电压范围‌：3.0V至27V（绝对最大值为42V）
• ‌输出电压范围‌：0.8V至22V，步长为10mV
• ‌输出电流‌：最大8A，可编程输出电流限制
• ‌开关频率‌：可编程范围从200kHz至2.2MHz
• ‌效率‌：高达96%（在VIN=12V, VOUT=20V, IOUT=3A条件下）

功能特点

• ‌I2C接口‌：支持通过I2C总线进行灵活的配置和控制
• ‌ 可编程电源供应（PPS） ‌：支持USB PD应用
• ‌升降压转换‌：可根据输入和输出电压自动切换工作模式（Buck、Boost或Buck-Boost）
• ‌多种保护功能‌：包括过压保护、短路保护、热关断等
• ‌小型封装‌：采用3.0mm x 5.0mm HotRod™ QFN封装

应用领域

• 车载充电器
• USB PD
• 无线充电器
• 车载信息娱乐系统和仪表盘
• 车载后照明
• 高级驾驶辅助系统（ADAS）

功能描述

控制与调节

• ‌平均电流模式控制‌：简化环路补偿，提供快速的负载瞬态响应
• ‌可编程输出电压‌：通过I2C接口设置内部参考电压，实现输出电压的精确控制
• ‌可编程输出电流限制‌：通过外部电流感应电阻设置输出电流限制

保护机制

• ‌ 过压保护（OVP） ‌：当输出电压超过设定阈值时，自动关断高侧MOSFET以防止损坏
• ‌短路保护‌：采用打嗝模式（Hiccup Mode）在输出短路时减少功率组件的发热
• ‌热关断‌：内部结温超过175°C时自动关断，防止过热损坏

可配置性

• ‌工作模式选择‌：支持PWM和PFM模式，轻载时可自动或强制切换到PFM模式以提高效率
• ‌时钟同步‌：可选的时钟同步功能，减少频率干扰和串扰
• ‌扩频功能‌：可选的扩频功能，降低EMI

应用指南

典型应用电路

• 提供详细的典型应用电路图，包括输入/输出电容、电感、电流感应电阻等的选择建议
• 支持使用小尺寸、低ESR的陶瓷电容器以优化性能

布局与热设计

• 推荐使用多层PCB设计，并在电源组件下方放置固体GND平面以提高热性能
• 关键组件（如输入/输出电容、电感）应靠近TPS55189-Q1放置，以最小化寄生电感
• 使用热过孔将热量从封装传递到PCB的GND平面

文档与支持

• 提供详细的数据手册，包括电气特性、功能框图、应用曲线和布局指南
• 支持使用TI的WEBENCH® Power Designer进行自定义设计，简化设计流程
• TI E2E™支持论坛提供快速、经验证的设计帮助和解决方案

TPS55189-Q1以其高性能、灵活性和小型封装特性，成为需要宽输入电压范围和可编程输出特性的升降压转换应用的理想选择。