德州仪器TPS631012/013 1.6V-5.5V Buck-Boost转换器深度解析与设计指南
Texas Instruments TPS631012/TPS631013降压-升压转换器是恒定频率峰值电流模式控制降压-升压转换器，采用微型晶圆芯片级封装。这些器件具有3A（典型值）峰值电流限制、1.6V至5.5V输入电压范围，并为系统前置稳压器和电压稳定器提供电源解决方案。
数据手册：*附件：Texas Instruments TPS631012，TPS631013降压-升压转换器数据手册.pdf
根据输入电压的不同，当输入电压近似等于输出电压时，Texas Instruments TPS631012/TPS631013会自动以升压、降压或3周期降压/升压模式运行。模式切换采用定义的占空比进行，避免了不必要的模式内切换，从而减少输出电压纹波。8µA静态电流和省电模式可在轻负载甚至空载条件下实现超高效率。该器件提供采用WCSP封装的极小解决方案尺寸。
特性
- 输入电压范围：1.6V-5.5V
- 器件输入电压：> 1.65V（启动）
- 输出电压范围：1.0V至5.5V（可调）
- 高输出电流能力：3A峰值开关电流
- V
IN≥3V、VOUT=3.3V时为2A IOUT - 1.5A I
OUT（VIN≥2.7V，VOUT=3.3V）
- V
- 在整个负载范围内具有高效率
- 8µA典型静态电流
- 自动省电模式和强制PWM模式可配置
- 峰值电流降压-升压模式架构
- 无缝模式转换
- 正向和反向电流操作
- 启动至预偏置输出
- 固定频率运行，2MHz开关频率
- 运行安全可靠
- 过流和短路保护
- 集成软启动，采用有源斜坡
- 过热和过压保护
- 带负载断开功能的真正关断功能
- 正向和后向电流限制
- 默认设置内部EN
- TPS631012和TPS631012X (X=1,2,3)：转换器_EN = 0
- TPS631013: CONVERTER_EN = 1
- 小尺寸解决方案
- 小尺寸1µH电感器
- 1.803mm × 0.905mm in WCSP
功能框图
德州仪器TPS631012/013 1.6V-5.5V Buck-Boost转换器深度解析与设计指南
一、核心特性与创新设计
1. 宽范围高效能转换
- 输入/输出范围：1.6V-5.5V输入，1.0V-5.5V可调输出（25mV步进精度）
- 功率能力：3A峰值开关电流，支持1.5A持续输出（VIN≥2.7V时）
- 效率表现：95%效率@3.3V输出/1A负载，8μA超低静态电流
2. 智能控制架构
- 三模式自动切换：无缝过渡Buck/Boost/Buck-Boost模式
- I2C可编程接口：支持400kHz Fast Mode+通信，含7个可配置寄存器
- 动态电压调节：支持7.2V/ms快速DVS（EN_FAST_DVS=1时）
3. 微型封装设计
- WCSP封装：1.803mm×0.905mm超小尺寸
- 热特性：θJA=84°C/W（需配合散热过孔设计）
二、关键电路设计要点
1. 外围元件选型
| 元件类型 | 推荐参数 | 典型型号 |
|---|---|---|
| 电感 | 1μH/4.3A | Murata DFE252012P-1R0M |
| 输入电容 | 22μF陶瓷 | GRM187R61A226ME15 |
| 输出电容 | 47μF陶瓷 | GRM219R60J476ME44 |
2. 寄存器配置示例
- 输出电压设置：VOUT=1.000+(VOUT[7:0]×0.025)V（0x00≤VOUT[7:0]≤0xB4）
- 软启动时间：TD_RAMP[2:0]=101→7.552ms
- 保护功能：EN_SCP=1启用短路打嗝模式（9ms on/22ms off）
3. 布局关键要求
三、典型应用场景
1. TWS耳机充电仓
- 配置要点：
- VIN=3.7V（锂电池），VOUT=5V@300mA
- 启用PFM模式（FPWM=0）提升轻载效率
- 实测数据：
- 待机功耗：<15μA
- 充电效率：92%@500mA负载
2. 工业传感器供电
- 特殊配置：
- 启用快速DVS（EN_FAST_DVS=1）
- 设置CL_RAMP_MIN=1提升启动能力
- 保护策略：
- 热关断阈值：160℃（带25℃迟滞）
- 输入欠压锁定：1.55V上升阈值
四、性能对比与模式分析
| 工作模式 | 触发条件 | 特点 |
|---|---|---|
| Buck模式 | VIN>VOUT+0.3V | 2MHz固定频率 |
| Boost模式 | VIN |
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