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TLVM236x5降压转换器电源模块技术解析与应用指南

科技观察员 2025-08-26 15:43 次阅读
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Texas Instruments TLVM236x5同步降压转换器电源模块是一款1.5A或2.5A、36V输入DC/DC电源模块,在紧凑且易于使用的3.5mm × 4.5mm × 2mm、11引脚QFN封装内结合了倒装芯片引线 (FCOL) 封装、功率MOSFET、集成电感器和启动电容器。小型HotRod™ QFN封装技术增强了热性能,确保高环境温度下的运行。带电阻反馈分压器的器件可被配置为1V至6V的输出。

数据手册:*附件:Texas Instruments TLVM236x5降压转换器电源模块数据手册.pdf

TLVM236x5设计用于满足常开型工业应用的低待机功耗要求。自动模式可实现轻负载运行时频率折返,实现13.5V VIN 时1.5µA的空载电流消耗和高轻载效率。PWM和PFM模式之间的无缝转换以及低MOSFET导通电阻,在整个负载范围内提供出色的效率。

Texas Instruments TLVM236x5采用峰值电流模式控制架构,具有内部补偿功能,可在极小输出电容下保持稳定运行。RT引脚可用于设置200kHz至2.2MHz之间的频率,以避免噪声敏感频段。

特性

  • 支持功能安全
    • 来辅助功能安全系统设计的文档
  • 多功能同步降压DC/DC模块
    • 集成MOSFET、电感器、CBOOT 电容器和控制器
    • 宽输入电压范围:3V至36V
    • 高达40V的输入瞬态保护
    • 结温范围:-40°C至+125°C
    • 超模压塑料封装:4.5mm × 3.5mm × 2mm
    • 使用RT引脚可在200kHz至2.2MHz范围内调节频率
  • 在整个负载范围内的超高效率
    • 在12V VIN 、5V VOUT 、1MHz、IOUT = 2.5A时效率大于88%
    • 在24V VIN 、5V VOUT 、1MHz、IOUT = 2.5A时效率大于87%
    • 在13.5V VIN 时待机IQ 低至1.5µA
  • 优化用于超低EMI要求
    • 引线框上倒装芯片封装 - FCOL
    • 电感器和启动电容器集成
    • 符合CISPR 11 B类要求
  • 输出电压和电流选项
    • 可调输出电压:1V至6V
  • 适用于可扩展电源

功能框图

1.png

TLVM236x5降压转换器电源模块技术解析与应用指南

一、产品概述

TLVM236x5系列是德州仪器(TI)推出的高性能同步降压DC/DC电源模块,采用创新的HotRod™ QFN封装技术,集成了MOSFET、电感器和引导电容等关键元件。该系列包含TLVM23615(1.5A)和TLVM23625(2.5A)两种型号,具有3V至36V的宽输入电压范围和1V至6V的可调输出电压。

主要特性‌:

  • 超小型封装:4.5mm × 3.5mm × 2mm尺寸
  • 高效率设计:在12V输入、5V输出、2.5A负载下效率超过88%
  • 超低静态电流:13.5V输入时仅1.5µA待机电流
  • 可调开关频率:200kHz至2.2MHz(通过RT引脚)
  • 功能安全支持:提供功能安全系统设计文档

二、关键性能参数

电气特性

  • 输入电压范围‌:3V至36V(瞬态保护达40V)
  • 输出电压范围‌:1V至6V(可调)
  • 输出电流‌:1.5A(TLVM23615)或2.5A(TLVM23625)
  • 开关频率‌:200kHz-2.2MHz可调
  • 工作温度范围‌:-40°C至+125°C结温

效率表现

在不同工作条件下,TLVM236x5展现出卓越的能效表现:

  • 12V输入、5V输出、1MHz、2.5A负载时:>88%效率
  • 24V输入、5V输出、1MHz、2.5A负载时:>87%效率
  • 36V输入、5V输出、1MHz、2.5A负载时:>86%效率

三、引脚功能与配置

TLVM236x5采用11引脚QFN-FCMOD封装,关键引脚功能如下:

  1. VIN‌:输入电源引脚(3-36V),需就近布置高质量旁路电容
  2. EN‌:精密使能输入,可配置为可调UVLO功能
  3. VOUT‌:输出电压引脚,连接至输出电感和负载
  4. FB‌:反馈输入,用于设置输出电压(需外部分压电阻)
  5. RT‌:频率设置引脚,通过电阻接地可调节开关频率
  6. PGOOD‌:开漏功率良好指示输出

四、典型应用设计

电路设计要点

  1. 输入电容选择‌:
    • 最小需要4.7µF陶瓷电容
    • 建议额外并联0.1µF电容改善高频去耦
    • 长输入线时建议添加47-100µF电解电容阻尼振荡
  2. 输出电容配置‌:
    • 根据输出电压不同有不同最小要求(如5V输出需25µF)
    • 建议使用低ESR陶瓷电容(如1210封装的22µF/16V)
  3. 反馈网络设计‌:
    • RFBB建议值为10kΩ
    • RFBT根据公式计算:RFBT(kΩ) = RFBB(kΩ) × (VOUT/1V - 1)
    • 可添加前馈电容(CFF)优化瞬态响应

布局指南

  • 输入电容尽可能靠近VIN和GND引脚
  • VCC旁路电容(1µF)需靠近器件布置
  • 反馈分压电阻靠近FB引脚,远离噪声源
  • 采用中间层作为完整地平面
  • 为GND引脚提供足够铜面积散热

五、工作模式解析

TLVM236x5支持多种工作模式以适应不同负载条件:

  1. 连续导通模式(CCM) ‌:
    • 重载条件下运行
    • 固定开关频率
    • 电感电流始终大于零
  2. 自动模式(轻载) ‌:
  3. 强制PWM模式(FPWM) ‌:
    • 保持固定频率
    • 允许有限反向电感电流
    • 适合对输出纹波敏感的应用
  4. 最小导通时间模式‌:
    • 高输入/低输出电压比时激活
    • 类似恒定导通时间(COT)控制
    • 通过谷值电流控制维持调节

六、保护功能

  1. 过流保护‌:
    • 高边和低边MOSFET均有限流
    • 严重过载时进入打嗝模式(50ms关断周期)
  2. 热关断‌:
    • 结温超过168°C(典型值)时关闭
    • 153°C(典型值)滞后恢复
  3. 电源良好(PGOOD) ‌:
    • 开漏输出指示调节状态
    • 具有消隐滤波防止误触发
  4. 输入UVLO‌:
    • 精密使能阈值(1.23V典型值)
    • 可通过外部电阻网络调整

七、EMI优化设计

TLVM236x5采用多项技术降低EMI:

  • Flip-chip on lead(FCOL)封装技术
  • 集成电感和引导电容
  • 可调频率避开敏感频段
  • CISPR 11 Class B兼容设计

测试数据显示,在24V输入、5V输出、2.5A负载、1MHz开关频率条件下,该模块能满足CISPR 11 Class B辐射发射限值要求。

八、应用领域

TLVM236x5系列非常适合以下应用场景:

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