深入解析TPS650061EVM：2.25 MHz降压转换器与双LDO的完美结合

在便携式应用的电源管理领域，德州仪器（Texas Instruments）的TPS650061EVM发挥着重要作用。它是一款集成了降压转换器和双LDO的单芯片电源管理IC，为工程师们提供了高效、灵活的电源解决方案。下面，我们就来详细了解一下这款产品。

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一、TPS650061概述

1. 应用场景

TPS650061适用于多种便携式设备，如负载点、嵌入式处理器电源、手机、智能手机、个人数字助理（PDA）、掌上电脑（Pocket PC）以及便携式媒体播放器等。这些设备对电源的要求较高，而TPS650061正好能够满足它们的需求。

2. 产品特性

• 宽输入电压范围：输入电压额定值为2.3 - 6.0 V，能够适应不同的电源环境。
• 可调节输出电压：降压转换器的输出电压可外部调节，而LDO的输出电压则内部固定。
• 高输出电流能力：降压转换器的输出电流额定值为1.0 A，LDO的输出电流额定值为300 mA，能够为负载提供充足的电力。
• 优秀的EMI性能：采用扩频时钟（SSC）技术，有效降低电磁干扰。
• 电源电压监控：具备可调节的复位电压和时间，以及手动复位功能。
• 高频开关：开关频率为2.25 MHz，有助于减小外部元件的尺寸。
• 小巧封装：采用20引脚3mm × 3mm QFN封装，节省电路板空间。

二、电气性能规格

1. 输入特性

输入电压（VIN）范围为2.3 - 6.0 V，输入欠压锁定（VIN_UVLO）在VIN下降时为1.72 - 1.82 V，滞回电压为160 mV。

2. 输出特性

• 降压转换器（DCDC）：输出电压（VODC）在VIN为标称值、输出电流（IOUTDC）为标称值时为1.2 V，输出电流在VINDCDC为2.3 - 2.5 V时为300 mA，在2.7 - 6 V时为1000 mA。
• LDO1：输出电压（VLDO1）为3.3 V，输出电流（IOUTLDO1）连续输出电流为300 mA。
• LDO2：输出电压（VLDO2）为1.8 V，输出电流（IOUTLDO2）连续输出电流为300 mA。
• 精度：DCDC和LDO的精度在一定条件下为±3.5%和±5.5%。

3. 系统特性

开关频率（FSW）范围为1722 - 2847 kHz。

三、连接器和测试点说明

1. J1 – VIN/GND

用于连接输入电源，输入电压范围为2.3 - 6 V，连接时应将电源正负极分别连接到J1的相应引脚，并尽量缩短引线长度。

2. J2 – RST/GND

J2引脚1连接到电源电压监控器的开漏输出RST。当手动复位输入MR为低电平或RSTSNS上的电压低于阈值时，RST被拉低；当MR释放或RSTSNS上的电压高于阈值电压，经过复位恢复时间(t_{RST})后，RST再次变为高电平。

3. J3 – VODC / GND

这是降压转换器的输出端，输出电压可外部调节，默认设置为1.2 V，能够提供高达1.0 A的电流。

4. J4– VLDO1/GND

LDO1的输出端，输出电压内部固定为3.3 V，能够提供高达300 mA的电流。

5. J5 – VLDO2

LDO2的输出端，输出电压内部固定为1.8 V，能够提供高达300 mA的电流。

6. J6 – PG/GND

当DCDC转换器和两个LDO的输出电压均大于其设定值的90%，且所有使能引脚都被拉高时，J6引脚1被拉到GND；否则，J6引脚1被上拉到所选的上拉电压电平。

7. JP1 – VINLDO1

LDO1的输入电源。可以通过短接VINLDO1和VINDC/VODC，使用R2从VIN为LDO1供电；也可以使用R1从转换器的输出VODC为LDO1供电（R1未组装）。还可以连接外部电源，但需注意在使用外部电源时移除电阻R1和R2。

8. JP2 – VINLDO2

LDO2的输入电源，其连接方式与JP1类似。

9. JP3 –ENDCDC

通过短接ENDCDC和ON，将DCDC转换器的EN引脚连接到VIN，使能DCDC转换器；短接ENDCDC和OFF，将EN引脚连接到GND，禁用DCDC转换器。

10. JP4 –ENLDO1

通过短接ENLDO1和ON，使能LDO1；短接ENLDO1和OFF，禁用LDO1。

11. JP5 – ENLDO2

通过短接ENLDO2和ON，使能LDO2；短接ENLDO2和OFF，禁用LDO2。

12. JP6 –MODE

用于选择DCDC转换器的强制PWM或省电模式（PSM）操作。短接MODE和PWM，选择强制PWM模式；短接MODE和PFM，选择轻载条件下的省电模式，在重载条件下自动切换到PWM模式。

13. JP7 – MRPU

选择TPS650061手动复位输入MRPU的上拉电压。默认设置为使用VIN作为上拉电压，也可以使用其他电压源。

14. JP8 – VPU

选择PG输出的上拉电压。默认设置为使用VIN作为上拉电压，也可以使用其他上拉电压。

15. JP9 – RSTSNS_IN

选择电源电压监控器（SVS）监控的电压轨。默认设置为监控VIN，也可以连接其他电压轨。

四、典型性能数据和特性曲线

1. 效率

如图2所示，展示了TPS650061的效率与负载电流的关系。不同的输入电压和输出电压下，效率会有所不同。工程师们可以根据实际需求选择合适的工作点，以提高电源的效率。

2. 线路和负载调节

图3和图4显示了DCDC转换器和LDO的负载瞬态响应，图5和图6显示了线路瞬态响应。这些曲线可以帮助工程师了解电源在负载变化和输入电压变化时的性能，从而进行合理的设计和优化。

3. 输出电压纹波

图7和图8分别展示了MODE为低电平和高电平时的输出电压纹波。输出电压纹波是衡量电源稳定性的重要指标，通过观察这些曲线，工程师可以评估电源的性能，并采取相应的措施来降低纹波。

4. 启动时序

图9展示了DCDC转换器的启动时序。了解启动时序对于确保电源系统的正常工作非常重要，工程师可以根据启动时序来设计系统的其他部分，避免出现启动问题。

五、EVM组装图纸和布局

TPS650061EVM采用2层、1oz覆铜板设计，尺寸为2.4” x 2.0”（61.09mm x 50.80mm）。图10 - 图12分别展示了EVM的组件布局、顶层铜箔和底层铜箔。合理的布局设计可以提高电源的性能和可靠性，工程师在进行设计时可以参考这些图纸。

六、材料清单

材料清单详细列出了EVM中使用的各种组件，包括电容、电阻、电感、连接器等。在进行组装和维修时，工程师可以根据材料清单来选择合适的组件。

综上所述，TPS650061EVM是一款功能强大、性能优异的电源管理解决方案。它的灵活性和高效性使其适用于各种便携式设备。工程师们在设计电源系统时，可以充分利用TPS650061EVM的特性，提高产品的性能和竞争力。你在使用类似的电源管理IC时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。