TPSM8A28和TPSM8A29降压电源模块：高效与小尺寸的完美结合

在电子设计的领域中，电源模块的性能和尺寸往往是工程师们关注的重点。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）推出的TPSM8A28和TPSM8A29降压电源模块，看看它们是如何在高效和小尺寸之间取得平衡的。

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产品特性亮点

宽输入输出范围

TPSM8A28的输入电压范围为3V至16V，最大输出电流可达12A；TPSM8A29的输入电压范围为4V至16V，最大输出电流为15A。当使用外部偏置时，输入范围可扩展至2.7V至16V，外部偏置电压范围为4.75V至5.3V，输出电压范围为0.6V至5.5V。这种宽范围的输入输出特性，使得它们能够适应多种不同的应用场景。

集成化设计

这两款模块集成了MOSFET、电感器和基本无源元件，无需外部补偿，大大减小了解决方案的尺寸。这种集成化设计不仅节省了电路板空间，还降低了设计的复杂度，提高了系统的可靠性。

先进的控制模式

采用D - CAP3™控制模式，具有快速的负载阶跃响应能力，能够支持所有陶瓷输出电容器。同时，0.6V参考电压在 - 40°C至 + 125°C的结温范围内具有±1%的容差，保证了输出电压的稳定性和准确性。

灵活的工作模式

支持可选的FCCM或自动跳过Eco - mode™，可在轻载时实现高效率。此外，还具有可编程的电流限制、引脚可选的开关频率（600kHz、800kHz、1MHz）、差分远程感应、可编程软启动时间、外部参考输入跟踪、预偏置启动能力、开漏电源良好输出等功能，为工程师提供了更多的设计灵活性。

详细功能解析

内部VCC LDO和外部偏置

模块内部有4.5V的LDO，当VIN电压高于VINUVLO上升阈值且EN电压高于使能阈值时，LDO启用并调节VCC引脚的输出电压。VCC引脚内部集成了旁路电容，无需外部旁路。使用外部偏置时，若在EN信号之前施加外部偏置，可强制关闭内部LDO，提高转换器效率。但要注意电源的上电和下电顺序，避免因VCC引脚电流过大而导致LDO关闭。

使能功能

当EN引脚电压高于使能阈值（典型值1.22V）且VIN高于VINUVLO上升阈值时，设备进入内部上电序列。使用内部VCC LDO和外部偏置时，上电序列略有不同，但都包括VCC充电、上电延迟和软启动三个步骤。EN引脚有内部滤波器和下拉电阻，可避免因小干扰而意外开关，但在正常工作时，下拉电阻的抗干扰能力可能不足。

输出电压设置

输出电压通过电压分压器电阻RFB_HS和RFB_LS进行编程。FB精度受内部600mV参考电压和SS/REFIN - to - FB精度的影响。为提高Vout精度，建议使用±1%精度或更高的电阻。同时，无论采用远程感应还是单端感应，FB电压分压器都应尽可能靠近设备放置。

远程感应功能

通过FB和VSNS–引脚实现远程感应功能，可补偿PCB迹线上的电压降，保持输出电压的稳定性。在远程感应时，连接FB电压分压器电阻的PCB迹线宽度至少为12mil，并采用Kelvin感应，同时要注意远离噪声源，可使用接地平面进行屏蔽。单端感应时，将较高的FB电阻连接到高频本地旁路电容，并将VSNS–短接到AGND。

软启动功能

支持内部固定软启动（1.5ms）和外部可调软启动。通过在SS/REFIN和VSNS–引脚之间添加软启动电容，可以增加软启动时间。在内部上电延迟期间，SS/REFIN引脚会内部放电，确保软启动斜坡从零开始。

外部REFIN用于输出电压跟踪

SS/REFIN引脚可接受外部参考电压，当施加外部参考时，FB电压将跟随该外部电压。在内部上电延迟期间，会检测SS/REFIN引脚的电压，以确定是否使用外部参考。为确保正确检测外部参考，建议在EN高信号之前施加稳定的DC外部参考。

频率和操作模式选择

TPSM8A29提供强制CCM操作和自动跳过Eco - mode，用户可以通过将MODE引脚连接到AGND引脚的电阻来选择开关频率和操作模式。MODE状态在内部上电延迟期间设置并锁定，之后更改MODE引脚电阻不会改变设备状态。

D - CAP3™控制

D - CAP3™控制架构通过内部纹波生成网络，模拟电感电流信息，并与电压反馈信号相结合来调节环路操作。该架构无需外部电流传感网络或电压补偿器，能够适应低ESR输出电容器。在选择输出滤波器的电感和电容时，要确保LC双极点的位置满足要求，以保证系统的稳定性。

过流、过压和欠压保护

输出过流限制（OCL）采用逐周期谷底电流检测控制电路，当检测到低侧FET的漏源电流超过电流限制阈值时，低侧FET保持导通，直到电流低于阈值。过压和欠压保护通过监测反馈电压来实现，当FB电压超出规定范围时，设备会进入相应的保护模式，如打嗝模式或锁存关闭模式。

应用与设计实例

典型应用

以TPSM8A29为例，将输入电压范围为9.6V至14.4V转换为1V输出，最大负载电流为15A的设计。在这个设计中，选择了600kHz的开关频率以最大化效率。

详细设计步骤

1. 输出电压设置：通过电压分压器电阻R1和R2设置输出电压，推荐R2值为10kΩ，根据公式计算出R1值为6.65kΩ。
2. 电感选择：模块内部集成了优化的0.6μH电感。
3. 电流限制设置：通过TRIP电阻设置谷底电流限制，根据公式计算出推荐的电流限制目标和TRIP电阻值。
4. 输出电容选择：选择输出电容时，需要考虑稳定性、稳态输出电压纹波和调节器对负载电流变化的瞬态响应。根据相关公式计算出满足各项要求的最小和最大输出电容值，最终选择了8 × 47μF的陶瓷电容器。
5. 输入电容选择：在VIN和PGND引脚之间需要输入旁路电容，至少需要10μF的陶瓷电容。根据输入电压纹波和输入RMS电流的要求，选择了2 × 22μF的陶瓷电容器。
6. 软启动电容：使用默认的1.5ms软启动时间，可通过在SS/REFIN引脚放置电容来扩展软启动时间。
7. EN引脚电阻分压器：通过电阻分压器设置转换器的启动电压，根据公式计算出上下电阻的值。
8. 其他元件：VCC旁路电容和BOOT电容内部已集成，无需外部添加。PGOOD引脚为开漏输出，需要上拉电阻，推荐值为1kΩ至100kΩ。

布局与注意事项

布局指南

• 输入和输出电容器应放置在PCB的顶层，并插入至少一个实心接地内层平面，以屏蔽和隔离小信号迹线与嘈杂的电源线。
• 至少需要在PGND引脚附近放置十三个PGND过孔，以最小化寄生阻抗和降低热阻。
• 反馈电阻应始终靠近设备放置，以最小化FB迹线距离。
• 远程感应时，连接FB电压分压器电阻的迹线应满足一定要求，并远离噪声源；单端感应时，按相应方式连接。
• AGND引脚（引脚8）应单点连接到实心PGND平面，可使用公共AGND过孔连接TRIP和MODE电阻。

EMI性能

TPSM8A28和TPSM8A29符合EN55011 Class - A辐射发射标准，在进行EMI测试时，使用标准的TPSM8A29EVM并在输入线上添加铁氧体61型磁珠。

总结

TPSM8A28和TPSM8A29降压电源模块凭借其宽输入输出范围、集成化设计、先进的控制模式和丰富的保护功能，为电子工程师在低输出电压负载点应用中提供了一个高效、可靠的解决方案。在设计过程中，合理选择外部元件和优化布局，能够充分发挥这两款模块的性能优势。你在使用类似电源模块时有没有遇到过什么挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。