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TLVM13640同步降压电源模块技术解析与应用指南

科技观察员 2025-09-12 14:02 次阅读
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Texas Instruments TLVM13640 4A降压电源模块是一款高度集成的36V、4A DC/DC解决方案,集成多个功率MOSFET、一个屏蔽式电感器和多个无源器件,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。模块下方的四个较大散热焊盘在制造中可实现简单布局和轻松搬运。

数据手册:*附件:Texas Instruments TLVM13640 4 A降压电源模块数据手册.pdf

Texas Instruments TLVM13640具有1V到6V的输出电压,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。

TLVM13640模块虽然设计用于空间受限应用中的小尺寸和简洁性,但具有诸多特性,可实现稳健的性能。这些特性包括用于可调输入电压UVLO的带迟滞精密使能、用于提高EMI的电阻器编程开关节点压摆率、集成VCC 、自举和用于提高可靠性与密度的输入电容器。这些器件还在整个负载电流范围内具有恒定开关频率、负输出电压能力,以及用于排序、故障保护和输出电压监控的PGOOD指示器。

特性

  • 多功能同步降压直流/直流电源模块
    • 集成MOSFET、电感器和控制器
    • 宽输入电压范围:3V至36V
    • 可调输出电压范围为1V至6V,在整个温度范围内设定精度为1%
    • 5.0mm × 5.5mm × 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
  • 在整个负载范围内的超高效率
    • 95%+峰值效率
    • 用于提升效率的外部偏置选项
    • 关断时的静态电流为:0.6µA(典型值)
    • 典型压差:0.5V(4A负载时)
  • 超低传导和辐射EMI特性
    • 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
    • 恒定频率FPWM工作模式
    • 符合CISPR 11和32 B类发射要求
  • 适用于可扩展电源

    功能框图

1.png

TLVM13640同步降压电源模块技术解析与应用指南

一、产品概述与技术特性

Texas Instruments的TLVM13640是一款高密度同步降压DC/DC电源模块,集成了MOSFET、电感和控制器于5.0mm×5.5mm×4mm的Enhanced HotRod™ QFN封装中。该模块具有以下核心特性:

关键参数规格:

  • 输入电压范围:3V至36V(瞬态耐受42V)
  • 输出电压范围:1V至6V(±1%精度)
  • 输出电流能力:4A连续电流
  • 开关频率范围:200kHz至2.2MHz(通过RT引脚可调)
  • 工作温度范围:-40°C至125°C结温
  • 典型效率:95%峰值效率(VOUT=5V时)

EMI优化设计:

  • 双输入路径和集成电容设计降低开关振铃
  • 电阻可调的开关节点压摆率控制
  • 恒定频率FPWM工作模式
  • 符合CISPR 11和32 Class B辐射标准

二、功能模块深度解析

2.1 电源架构设计

TLVM13640采用创新的架构设计:

  • 集成功率级‌:包含同步整流MOSFET(RDS(on)典型值:高侧70mΩ,低侧48mΩ@25°C)
  • 控制环路‌:内置补偿网络,无需外部补偿元件
  • 热管理‌:底部4个大尺寸热焊盘优化散热(RθJA=22.6°C/W)

2.2 引脚功能详解

典型20引脚QFN封装关键引脚配置:

引脚名称类型功能描述
VIN1/VIN2电源输入供电引脚,需就近布置输入电容
SW开关节点内部连接功率MOSFET,建议最小化PCB铜面积
FB反馈输入连接电阻分压器(推荐RFBB=10kΩ)
RT频率设置接电阻到AGND设置频率(13kΩ对应1MHz)
PG电源良好开漏输出,需外部上拉电阻(20-100kΩ)

2.3 保护机制

多重保护功能:

  • 过流保护‌:6A峰值/4.8A谷值限流,严重故障时进入打嗝模式(80ms间隔)
  • 热关断‌:168°C触发(典型值),158°C恢复
  • 输入UVLO‌:通过EN引脚可编程(1.263V典型阈值)
  • VCC监控‌:3.1V欠压锁定(带1.1V迟滞)

三、典型应用电路设计

3.1 工业用高效降压转换器

设计实例参数:

  • 输入:9-36V(UVLO=6V开启)
  • 输出:5V@4A
  • 频率:1MHz(RRT=13kΩ)
  • 效率:93%@满负载(VIN=24V)

外围元件选型:

  1. 输入电容‌:2×10μF/50V X7R陶瓷电容(1210封装)
  2. 输出电容‌:2×47μF/10V X7R陶瓷电容(总有效电容≥25μF)
  3. 反馈网络‌:RFBT=40.2kΩ, RFBB=10kΩ
  4. 前馈电容‌:22pF(提升相位裕度)

PCB布局要点:

  • 对称布置输入/输出电容
  • FB走线最短化(<5mm)
  • 功率地(PGND)采用实心铜平面
  • 模块底部布置散热过孔阵列(推荐0.3mm孔径)

3.2 负压输出逆变Buck-Boost

特殊配置注意事项:

  • 最大输出电流公式:IOUT(max)=4A×(1-D),D=|VOUT|/(VIN+|VOUT|)
  • VLDOIN必须连接至功率地(负输出端)
  • 输入电容承受电压:VIN+|VOUT|
  • 典型应用:-5V@3A(需2×47μF输出电容)

四、热设计与EMI优化

4.1 热管理方案

散热设计准则:

  • 四层板设计(推荐2oz铜厚)
  • 顶部和底层地平面通过热过孔连接
  • 允许空气流动条件下的负载能力:
    • 无风:2.5A@105°C(VIN=24V)
    • 400LFM:4A@105°C(VIN=24V)

4.2 EMI抑制技巧

实测优化方法:

  1. 压摆率控制‌:在RBOOT-CBOOT间添加33Ω电阻可降低高频噪声6dB
  2. 频率选择‌:1MHz以上频率可避开敏感频段
  3. 电容布局‌:输入电容采用对称"8字形"走线抵消磁场
  4. 屏蔽技术‌:开关节点下方布置接地铜皮
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