TPSM336xx-Q1：汽车应用的理想同步降压DC/DC电源模块

在汽车电子领域，电源模块的性能和可靠性至关重要。TPSM336xx-Q1系列电源模块凭借其出色的特性和功能，成为了汽车应用中的理想选择。本文将深入介绍TPSM336xx-Q1的特点、应用、详细功能以及设计要点。

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一、产品概述

TPSM336xx-Q1是一款适用于汽车应用的同步降压DC/DC电源模块，输入电压范围为3V至36V，输出电压可在1V至7V之间调节，提供0.6A、1A和2A三种不同的输出电流选项。该模块采用HotRod™ QFN封装，集成了功率MOSFET、控制器、AEC - Q200合格电感和 (C_{BOOT}) 电容，具有出色的热性能和EMI性能。

二、产品特性

2.1 汽车级认证与安全特性

• AEC - Q100认证：符合汽车应用的严格要求，温度等级为1级（ - 40°C至 + 125°C (T_{A}) ），可在恶劣的汽车环境中稳定工作。
• 功能安全能力：提供相关文档，有助于进行功能安全系统设计，保障系统的可靠性。

2.2 高效性能

• 超高效率：在全负载范围内实现超高效率，例如在 (V{IN}=12V) 、 (V{OUT}=5V) 时，峰值效率可达93.2%；在 (V{IN}=24V) 、 (V{OUT}=5V) 时，效率为90%。
• 超低静态电流：非开关状态下 (I_{0}) 低至1.2µA，关机电流低至300nA，有助于降低系统功耗。

2.3 优秀的EMI性能

• 双随机扩频（DRSS）：有效降低特定频率的峰值发射，减少电磁干扰。
• 集成 (C_{BOOT}) 和HotRod™封装：优化的封装设计和引脚布局，实现屏蔽式开关节点布局，降低辐射EMI。

2.4 灵活的输出电压选项

• 固定输出：提供3.3V和5V的固定输出选项，满足不同应用需求。
• 可调输出：通过外部反馈电阻分压器，可将输出电压调节在1V至7V之间。

三、应用领域

TPSM336xx-Q1适用于多种汽车应用，包括但不限于：

• 动力转向：为动力转向系统提供稳定的电源，确保系统的精确控制。
• 车载充电器：满足车载充电设备的电源需求，提高充电效率。
• 汽车照明：为汽车照明系统提供可靠的电源，保证照明效果。
• 汽车摄像头：为摄像头提供稳定的电源，确保图像质量。

四、详细功能描述

4.1 输入电压范围

TPSM336xx-Q1的稳态输入电压范围为3V至36V，可用于将典型的12V至36V输入电源轨进行降压转换。在设计时，需注意确保 (V_{IN}) 引脚的电压在瞬态事件中不超过40V的绝对最大额定值，以免损坏IC。

4.2 输出电压选择

• 可调输出电压：通过两个外部电阻 (R{FBT}) 和 (R{FBB}) 可设置输出电压，范围为1V至7V。为确保电源模块调节到所需输出电压， (R{FBT}) 和 (R{FBB}) 的并联组合典型最小值为5kΩ，最大值为10kΩ。
• 固定输出电压：对于固定输出配置，只需将FB和VOUT引脚直接连接到输出调节点，3.3V或5V的固定输出选项是工厂编程的。

4.3 使能、启动和关机

EN引脚控制TPSM336xx-Q1的启动和远程关机。当EN引脚电压低于 (V_{ENWAKE}) 时，设备处于关机状态；当EN引脚电压高于 (V{ENWAKE}) 时，设备进入待机模式；当EN电压进一步升高接近 (V{EN_RISE}) 时，设备开始切换，进入启动模式并进行软启动。

4.4 外部CLK同步

MODE/SYNC引脚允许将设备同步到外部时钟，采用锁相环（PLL）实现同步，消除大的干扰。该引脚有三种可选模式：自动模式、FPWM模式和SYNC模式，可根据不同的应用需求进行选择。

4.5 电源良好输出操作

PGOOD引脚用于在输出电压超出调节范围时重置系统微处理器。该引脚为开漏输出，在设备故障条件（如电流限制和热关断）以及正常启动期间保持低电平。

4.6 内部LDO、VCC和VOUT/FB输入

TPSM336xx-Q1使用内部LDO输出和VCC引脚为所有内部电源供电，VCC轨通常为3.3V。在启动期间，VCC会瞬间超过正常工作电压，然后降至正常工作电压。

4.7 自举电压和VBOOT - UVLO

高侧开关驱动电路需要高于 (V_{IN}) 的偏置电压来确保HS开关导通。内部0.1μF电容连接在BOOT和SW之间，作为电荷泵将BOOT端子的电压提升至（SW + VCC）。BOOT轨有UVLO设置，阈值通常为2.1V。

4.8 扩频

扩频通过将特定频率的峰值发射扩展到更宽的频率范围，消除了固定频率操作时的峰值发射。TPSM336xx-Q1采用双随机扩频（DRSS），可有效降低低频率传导发射和难以过滤的高次谐波。

4.9 软启动和从欠压恢复

软启动在电源施加到 (V_{IN}) 引脚、EN用于开启设备或从过温保护关机恢复时触发。从欠压恢复时，输出电压缓慢上升，参考电压设置为比现有输出电压所需值高约1%。

4.10 过流保护（打嗝模式）

TPSM336xx-Q1通过高侧和低侧MOSFET的逐周期电流限制电路保护设备免受过流条件影响。当FB输入电压因短路降至约0.4V（ (V{HICCUP}) ）时，设备进入打嗝模式，停止开关操作 (t{W}) （约50ms），然后进行正常重启和软启动。

4.11 热关断

当设备结温超过168°C（典型值）时，热关断功能会关闭内部开关，防止总功率耗散过大。热关断触发后，滞后功能会阻止器件再次开关，直到结温降至约153°C（典型值）。

五、设备功能模式

5.1 关机模式

当EN引脚电压低于0.7V（典型值）时，电源模块无输出电压，设备处于关机模式，静态电流降至典型值300nA。

5.2 待机模式

当EN引脚电压高于1V（最大值）且低于输出电压的精密使能阈值时，内部LDO将VCC电压调节至典型值3.3V，SW节点的内部功率MOSFET保持关闭，同时设备启用UVLO保护。

5.3 活动模式

当EN引脚高于 (V_{ENRISE}) 、 (V{IN}) 大于 (V_{IN}) （最小值）且无其他故障条件时，设备处于活动模式。根据负载电流、输入电压和输出电压，设备可处于连续导通模式（CCM）、自动模式、FPWM模式、最小导通时间模式或欠压模式。

六、应用与实现

6.1 应用信息

TPSM336xx-Q1只需少量外部组件即可将宽范围的电源电压转换为固定输出电压。可使用WEBENCH电路设计和选择仿真服务在线软件进行设计，生成完整的设计方案。

6.2 典型应用

典型应用电路中，需根据设计要求选择合适的外部组件，如输入电容、输出电容、反馈电阻等。同时，还需考虑VCC电容、 (C_{FF}) 电容、电源良好信号等因素。

6.3 最佳设计实践

在设计过程中，需遵循一些最佳设计实践，如不超过绝对最大额定值、推荐工作条件和ESD额定值，不允许EN输入浮空，不允许输出电压超过输入电压或低于地电位等。

6.4 电源供应建议

输入电源应与数据手册中的绝对最大额定值和推荐工作条件兼容，能够提供所需的输入电流。可使用电解电容与陶瓷电容并联，以减少输入谐振电路的影响，确保模块稳定运行。

6.5 布局

PCB布局对开关电源的性能至关重要。应遵循布局指南，如将输入电容靠近VIN和GND端子放置，将VCC旁路电容靠近VCC引脚放置，将反馈分压器靠近FB引脚放置等，以实现最佳的功率转换性能、热性能和最小的EMI产生。

七、总结

TPSM336xx-Q1系列电源模块以其出色的性能、丰富的功能和灵活的设计选项，为汽车应用提供了可靠的电源解决方案。在设计过程中，工程师需充分了解其特性和要求，遵循最佳设计实践，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用这款电源模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。