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德州仪器TPSM63610E高密度同步降压电源模块技术解析与应用指南

科技观察员 2025-08-18 13:39 次阅读
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Texas Instruments TPSM63610E同步降压直流/直流电源模块是一款高度集成的36V、8A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。TPSM63610E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 TPSM63610E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 TPSM63610E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VCC、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。它包含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 、8AOUT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:-55°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:0.6µA (典型值)
  • 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
    • 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TPSM63610E高密度同步降压电源模块技术解析与应用指南

一、核心特性与产品定位

TPSM63610E是TI推出的汽车级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:3V至36V(瞬态耐受42V)
    • 输出电压:1V至20V可调(25mV步进精度)
    • 输出电流:8A持续/10A峰值
    • 工作温度范围:-55℃至125℃(结温)
  2. 超高集成度设计
    • 集成功率MOSFET、屏蔽电感及控制器
    • 6.5mm×7.5mm×4mm HotRod™ QFN封装
    • 仅需4个外部元件即可工作
  3. 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(厂商)
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. 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:可编程欠压锁定(1V迟滞)

三、典型应用设计实例

1. 工业24V转5V/8A电源方案

关键配置‌:

  • 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-8A)
  • 传导EMI:低于CISPR 11限值6dB

2. 负压输出应用(-12V/5A)

拓扑要点‌:

  • VIN+接输入正极,VIN-接输出负极
  • 输出电流公式:IOUT(max)=8A×(1-D)
  • 需注意功率回路面积最小化

四、PCB布局优化建议

  1. 热设计
    • 使用2oz铜厚四层板
    • 布置12个φ0.3mm散热过孔
    • 顶层铜箔面积≥15mm²
  2. EMI抑制
    • 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
    • 底层完整地平面作噪声屏蔽
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