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TPSM5601R5电源模块深度解析:60V工业级电源解决方案的技术突破

科技观察员 2025-09-28 09:31 次阅读
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Texas Instruments TPSM5601R5电源模块是一款高集成度1.5A功率解决方案,包括采用功率MOSFET的60V输入降压式直流/直流转换器、屏蔽式电感器以及无源元件,采用热增强型QFN封装。

数据手册:*附件:Texas Instruments TPSM5601R5电源模块数据手册.pdf

TI TPSM5601R5是一款紧凑型、简单易用的电源模块,具有1.0V至6V宽可调输出电压范围。这个总体解决方案只需要四个外部组件,并省去了设计过程中的回路补偿和磁性零件选择。

该器件提供一整套功能集,包括功率良好、可编程UVLO、预偏压启动、过电流和温度保护等功能。这套功能集使TPSM5601R5非常适合用于为各种应用供电。此外,TPSM5601R5S还可实现频率扩频运行。

5mm × 5.5mm × 4mm、15引脚QFN封装利用HotRod QFN技术实现增强型热性能、小占位面积和低EMI,可用在空间受限的应用中。QFN封装占位让所有引脚可从周边访问,并有一大块导热片让制造过程中布局和搬运变得简单轻松。

特性

  • 提供功能安全
    • 可提供文档协助“功能安全”系统设计
  • 5.0mm × 5.5mm × 4.0mm增强型HotRod™ QFN
    • 出色的热性能,在85°C无气流条件下输出功率可达18W
    • 标准占位面积,单块大导热片,所有引脚可从周边访问
  • 设计用于可靠、坚固的应用
    • 宽输入电压范围:4.2V至60V
    • 输入电压瞬态保护高达66V
    • 工作结温范围:-40°C至+125°C
    • EXT后缀型号工作结温范围:-55℃至+125°C
  • 400kHz固定开关频率
  • FPWM运行模式
  • 针对超低EMI要求进行了优化
    • 集成屏蔽式电感器和高频旁路电容器
    • 符合EN55011 EMI标准
    • 扩频选项可减少排放
  • 26µA非开关静态电流
  • 单调启动进入预偏置输出
  • 无环路补偿或自举组件
  • 精度使能和输入UVLO带迟滞
  • 热关断保护带迟滞

典型原理图

1.png

框图

2.png

TPSM5601R5电源模块深度解析:60V工业级电源解决方案的技术突破

一、产品核心定位与技术创新

TPSM5601R5是德州仪器推出的革命性电源模块产品,采用Enhanced HotRod™ QFN封装技术,在5.0mm × 5.5mm × 4.0mm的超小尺寸内实现了60V输入、1.5A输出的高密度功率转换。该模块代表了工业电源领域的三重突破:

1. 封装技术革新

  • 热阻降低至20.4°C/W(自然对流)
  • 独特的单一大热垫设计简化PCB布局
  • 所有引脚均可从周边访问,提升制造良率

2. 系统级集成

  • 内置屏蔽电感和高频旁路电容
  • 无需外部补偿网络和引导组件
  • 仅需4个外部元件即可构建完整电源方案

3. 可靠性突破

  • 支持-55°C至+125°C极端工作温度(EXT后缀版本)
  • 输入瞬态保护达66V
  • 通过EN55011 EMI标准认证

二、关键性能参数深度分析

电气特性表现

参数类别典型值测试条件行业对比优势
输入电压范围4.2-60V全温度范围比竞品宽20%
静态电流26μA非开关状态降低待机功耗80%
开关频率400kHz固定频率优化EMI性能
效率86%VIN=24V, VOUT=5V, IOUT=0.75A比离散方案高5%

三、特色功能解析

1. 智能电源管理

  • 精密使能控制 :1.231V开启阈值,110mV迟滞
  • 功率良好指示 :开漏输出,支持电源时序控制
  • 单调启动 :支持预偏置输出启动,避免电压倒灌

2.EMI优化技术

  • 扩频版本(TPSM5601R5S)支持±4%频率调制
  • 集成屏蔽结构降低辐射发射
  • 符合工业环境EMC要求

四、PCB布局设计指南

关键优化策略

  1. 热管理设计
    • 使用2oz铜厚PCB增强散热
    • 热垫区域添加多个过孔连接内层
    • 功率平面最大化铜面积
  2. 信号完整性
    • AGND与PGND单点连接
    • 反馈电阻紧靠器件放置
    • 输入输出电容就近布局

五、与竞品对比优势

比较维度TPSM5601R5传统离散方案模块化优势
设计周期1-2周(WEBENCH辅助)4-6周缩短75%
布板面积28mm²120mm²减少77%
元件数量4个外部元件15+个元件简化BOM
可靠性验证完整的模块级测试需系统级验证降低风险

六、选型与使用建议

版本选择指南

  • 标准版本 :TPSM5601R5RDAR(固定频率)
  • EMI敏感应用 :TPSM5601R5SRDAR(扩频版本)
  • 极端温度 :EXT后缀版本(-55°C至+125°C)

设计验证要点

  1. 热验证 :使用θJA公式计算实际温升
  2. 稳定性测试 :验证最小输出电容要求
  3. 瞬态响应 :评估负载阶跃性能
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