TPS65258 3个集成FET和2个USB开关的DC-DC转换器数据手册

TPS65258 是一款具有 3 个降压降压转换器的电源管理 IC。集成了高侧和低侧 MOSFET，以提供更高效率的完全同步转换。这些转换器旨在简化其应用，同时让设计人员可以选择根据目标应用优化其使用。

转换器可以在 5V、9V、12V 或 15V 系统中工作。可以使用电阻分压器从外部将输出电压设置为介于 0.8 V 和输入电源之间的任何值，减去转换器路径上的电阻压降。每个转换器都具有使能引脚（允许延迟启动以进行排序）、软启动引脚（允许通过选择软启动电容器来调节软启动时间）以及电流限制 （RLIM） 引脚（使设计人员能够通过选择外部电阻器来调整电流限制并优化电感器的选择）。所有转换器都以“打嗝模式”运行：一旦在任何转换器中检测到持续时间超过 10 ms 的过电流，它们将关闭 10 ms，然后再次尝试启动排序。如果过载已消除，转换器将加速并正常运行。如果不是这种情况，转换器将看到另一个过流事件并再次关闭，重复循环（打嗝），直到故障被清除。如果过载情况持续少于 10 毫秒，则只有受影响的相关转换器将关闭并重新启动，并且不会发生全局打嗝模式。
*附件：tps65258.pdf

转换器的开关频率由连接到 ROSC 引脚的外部电阻器设置。开关稳压器的设计工作频率范围为 300 kHz 至 2.2 MHz。转换器在此之间以 180° 相位工作，以最大限度地降低输入滤波器要求。所有转换器均具有峰值电流模式控制，可简化外部频率补偿。

该器件具有内置的斜率补偿斜坡，以防止峰值电流模式控制中的次谐波振荡。传统的 II 型补偿网络可以稳定系统并实现快速瞬态响应。此外，与反馈分压器的上部电阻器并联的可选电容器可提供一个额外的零点，并使交越频率超过 100 kHz。

所有转换器均具有自动低功率脉冲 PFM 跳跃模式，可提高轻负载和待机作期间的效率，同时保证极低的输出纹波，允许在低输出电压下的值小于 2%。

该器件集成了过压瞬态保护电路，以最大限度地减少电压过冲。OVP 功能通过实现一个电路来比较 FB 引脚电压与 OVP 阈值（内部电压基准的 109%），从而最大限度地减少输出过冲。如果 FB 引脚电压大于 OVTP 阈值，则禁用高侧 MOSFET，防止电流流向输出，并最大限度地减少输出过冲。当 FB 电压下降低于 OVP 下限阈值 107% 时，允许高侧 MOSFET 开启下一个 clock cycle。

TPS65258 具有一个监控电路，用于监控每个降压转换器的输出，并在排序完成后置位 PGOOD 引脚。PGOOD 引脚是开漏输出。当任何 buck 转换器被拉至标称输出电压的 85% 以下时，PGOOD 引脚被拉低。当所有转换器输出都超过其标称输出电压的 90% 时，PGOOD 被拉高。默认重置时间为 100 毫秒。PGOOD 的极性为高电平有效。

2 个 USB 开关可根据下游 USB 设备的需求提供高达 1A 的电流。当输出负载超过限流阈值或出现短路时，PMU 通过切换到恒流模式并将过流逻辑输出拉低，将输出电流限制在安全水平。当持续的严重过载和短路增加开关中的功率耗散，导致结温升高时，热警告保护电路会关闭 USB 开关并允许降压转换器继续运行。

该器件实施内部热关断功能，以便在结温超过 160°C 时保护自身。 当结温超过热跳闸阈值时，热关断会强制器件停止工作。一旦芯片温度降至 140°C 以下，该器件就会重新启动上电序列。热关断滞后为 20°C。

特性

• 宽输入电源电压范围：
  4.5 V 至 16 V
• 0.8V、1% 精度基准
• 连续负载：
  3 A （Buck1）、2 A（Buck2 和 3）
• 最大电流：
  3.5 A（降压 1）、2.5 A（降压 2 和 3）
• 同步运行，300kHz 至 2.2MHz 开关频率
  由外部电阻器设置
• 具有内置电流源的外部使能引脚，便于排序
• 外部软启动引脚
• 由外部电阻器设置的可调逐周期电流限值
• 具有简单补偿电路的电流模式控制
• 自动低脉冲跳跃 （PSM） 功率模式，
  允许输出纹波优于 2%
• 强制 PWM 模式
• 支持预偏置输出
• 电源良好监控器和复位发生器
• 1A、2 个 USB 电源开关，带过流和热保护
• 小型、热效率高的 40 引脚 6mm x 6mm RHA （QFN） 封装
• –40°C 至 125°C 结温范围

参数

一、产品概述

• ‌产品名称‌：TPS65258
• ‌类型‌：4.5V至16V输入，高电流同步降压（Buck）DC-DC转换器，集成FET和2个USB开关
• ‌特点‌：三通道DC-DC转换器，集成FET，支持预偏置输出，具有自动低脉冲跳跃模式（PSM）和强制PWM模式

二、主要特性

• ‌输入电压范围‌：4.5V至16V
• ‌输出电压范围‌：0.8V至输入电压减去转换器路径上的电阻压降
• ‌输出电流‌：
  • Buck1：最大3.5A
  • Buck2和Buck3：最大2.5A
• ‌开关频率‌：300kHz至2.2MHz（通过外部电阻设置）
• ‌封装‌：40引脚6mm x 6mm RHA(QFN)封装
• ‌工作温度范围‌：-40°C至125°C

三、应用领域

• 多电压系统（5V、9V、12V、15V）的电源管理
• 需要高效率和高电流输出的应用

四、功能描述

• ‌电流模式控制‌：简化外部频率补偿
• ‌ 自动低脉冲跳跃模式（PSM） ‌：轻载和待机时提高效率，同时保证低输出纹波
• ‌强制PWM模式‌：可选的强制PWM模式以满足特定应用需求
• ‌预偏置输出支持‌：允许在预偏置输出条件下安全启动
• ‌电源良好监控和复位生成器‌：监控每个Buck的输出，并在所有转换器稳定后生成复位信号
• ‌USB开关‌：提供高达1A的电流，具有过流和热保护功能

五、电气特性

• ‌电压参考‌：0.8V，1%精度
• ‌静态电流‌：关机状态下低至170μA，强制PWM模式下为18mA
• ‌使能阈值‌：高电平有效，EN引脚阈值电压约为V3P3的66%
• ‌软启动‌：通过外部电容设置软启动时间
• ‌过流保护‌：逐周期电流限制，防止过流损害

六、封装与订购信息

• ‌封装类型‌：40引脚RHA(QFN)封装
• ‌订购信息‌：提供Reel of 2500的包装选项

七、设计指南

• ‌输出电压设置‌：通过电阻分压器设置，推荐使用1%或更好精度的电阻
• ‌输出电感选择‌：根据输出电流和纹波要求选择合适的电感值
• ‌输出电容选择‌：满足负载瞬态和输出纹波要求
• ‌输入电容选择‌：每个转换器至少需要一个10μF的陶瓷电容进行输入解耦
• ‌自举电容‌：每个Buck转换器需要一个47nF的陶瓷电容连接在BST和LX引脚之间
• ‌软启动电容‌：根据所需的软启动时间选择合适的电容值

八、保护特性

• ‌ 过压瞬态保护（OVP） ‌：防止输出电压过冲
• ‌热关断‌：超过160°C时自动关断，保护芯片免受过热损害
• ‌USB过流保护‌：限制输出电流至安全水平，防止过流损害

九、布局推荐

• ‌功率路径‌：尽量缩短VIN到LX、LX到GND的路径，减小环路面积
• ‌反馈路径‌：FB引脚到输出端的反馈路径应尽量短，并避免干扰
• ‌热管理‌：暴露的热焊盘必须焊接到PCB上，并通过过孔与地平面连接，以增强散热
• ‌模拟与数字分离‌：将模拟信号和数字信号分开布局，避免相互干扰