TPS5683x同步降压转换器技术解析与应用指南

Texas Instruments TPS5683x同步降压转换器 是一款简单易用的降压转换器，可在Eco-mode模式下工作，从而在轻负载时实现高效率。该器件具有4.5V至28V的宽输入电压范围和高达8A的连续输出电流，输出电压在0.6V至13V之间。 TPS5683x转换器具有500kHz、800kHz和1200kHz三种可选的开关频率和通过MODE引脚配置可选的电流限制。该同步降压转换器具有可调的软启动 时间，方法是连接SS电容器，在SS引脚悬空时默认为 1.8 ms。该转换器提供非锁存过压 (OV)、欠压 (UV)、过流 (OC)、过热 (OT) 和欠压闭锁 (UVLO) 保护，并提供电源良好指示器和输出放电功能。TPS5683x转换器用于工业PC、工厂自动化和控制、多功能打印机、便携式电子产品、电视、扬声器和视频会议系统。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPS5683x同步降压转换器数据手册.pdf

特性

• 输入电压范围：4.5 V至28 V
• 输出电压范围：0.6 V至13 V
• 支持8 A连续输出电流
• 集成20.4 mΩ和9.5 mΩ MOSFET
• 在25°C下，具有0.6V±1%的基准电压
• 低静态电流：45uA (TPS56837)
• TPS56837具有Eco-mode（自动跳跃模式），提高轻负载效率
• TPS56838具有强制连续导通模式 (FCCM)
• TPS56836具有Out-of-Bee™ (OOA) 模式
• 可选开关频率：500kHz、800kHz和1200kHz，通过模式选择
• D-CAP3™控制模式，实现快速瞬态响应
• 低侧MOSFET可逐周期调节电流限制，通过模式选择
• 可调软启动时间，默认为1.8 ms
• 内置输出放电功能
• 电源正常状态指示器，可监测输出电压
• 支持高达98%的占空比运行
• 非锁存UV、OV、OT和UVLO保护
• 工作结温范围：–40°C至150 °C
• 小型10引脚3mm × 3mm HotRod™ QFN封装
• 与6A TPS56637和8A TPS56837H引脚对引脚兼容

典型应用电路

框图

TPS5683x系列同步降压转换器技术解析与应用指南

一、核心特性

• ‌高效集成‌：内置20.4mΩ(高边)和9.5mΩ(低边)MOSFET
• ‌超低静态电流‌：TPS56837典型值仅45μA
• ‌多种工作模式‌：
  • TPS56837：Eco-mode(自动跳频模式)提升轻载效率
  • TPS56838：强制连续导通模式(FCCM)降低输出纹波
  • TPS56836：Out-of-Audio™(OOA)模式避免可闻噪声
• ‌可调开关频率‌：500kHz/800kHz/1200kHz三档可选
• ‌全面保护功能‌：UV/OV/OC/OT/UVLO保护，带功率良好指示

二、关键参数详解

1. 电气特性

• ‌输入电压范围‌：4.5V-28V(绝对最大值32V)
• ‌输出电压范围‌：0.6V-13V
• ‌输出电流能力‌：8A连续电流
• ‌参考电压精度‌：0.6V±1%(25°C时)
• ‌导通电阻‌：
  • 高边MOSFET：20.4mΩ(典型值@5V驱动)
  • 低边MOSFET：9.5mΩ(典型值)

2. 开关特性

• ‌传播延迟‌：33ns(典型值)
• ‌开关频率选项‌：500kHz/800kHz/1200kHz
• ‌最小导通时间‌：50ns
• ‌最小关断时间‌：150ns

3. 保护特性

• ‌ 过流保护(OCP) ‌：高低边MOSFET逐周期限流
• ‌ 过压保护(OVP) ‌：125%VOUT阈值
• ‌ 欠压保护(UVP) ‌：65%VOUT阈值
• ‌ 热关断(OTP) ‌：165°C触发(30°C迟滞)

三、功能模式解析

1. D-CAP3控制模式

TPS5683x采用自适应导通时间PWM控制器，具有以下优势：

• 无需外部补偿网络
• 支持超低ESR陶瓷电容
• 快速瞬态响应(典型值33ns传播延迟)
• 良好的线性和负载调整率

2. 工作模式选择

通过MODE引脚配置可提供六种工作状态组合：

MODE电阻值	开关频率	电流限制
10kΩ	500kHz	ILIM-1(7.2A)
30.1kΩ	500kHz	ILIM(9.6A)
102kΩ	800kHz	ILIM-1(7.2A)
162kΩ	800kHz	ILIM(9.6A)
249kΩ	1200kHz	ILIM-1(7.2A)
374kΩ	1200kHz	ILIM(9.6A)

3. 特殊工作模式

• ‌ Eco-mode(TPS56837) ‌：轻载时自动降低开关频率，效率最高达95%
• ‌ FCCM模式(TPS56838) ‌：全负载范围保持固定频率，适用于对纹波敏感应用
• ‌ OOA模式(TPS56836) ‌：开关频率始终高于30kHz，避免可闻噪声

四、典型应用设计

1. 工业电源设计示例

‌设计要求‌：

• 输入电压：24V(5.5V-28V范围)
• 输出电压：5V
• 输出电流：8A
• 开关频率：500kHz

‌关键元件选型‌：

• ‌电感‌：3.3μH(如Wurth 744325330，饱和电流15A)
• ‌输出电容‌：2×22μF MLCC(如Murata GRM32ER71E226KE15L)
• ‌反馈电阻‌：R6=73.2kΩ，R7=10kΩ
• ‌自举电容‌：0.1μF/10V X5R陶瓷电容

2. 热设计考虑

器件采用3mm×3mm HotRod™ QFN封装，热参数：

• 结到环境热阻θJA：68.1°C/W(四层板降至30°C/W)
• 最大结温：150°C
• 功率耗散计算：PD = (VIN-VOUT)×IOUT

对于24V转5V/8A应用，建议：

• 使用散热过孔阵列
• 保证足够的铜箔面积
• 考虑强制风冷(如需长时间满负荷工作)

五、PCB布局指南

1. ‌电源路径布局‌：
   • VIN和PGND走线尽可能宽短
   • 输入电容尽量靠近VIN引脚
   • SW节点面积最小化以减少EMI
2. ‌信号路径布局‌：
   • FB走线远离高噪声区域
   • AGND单点连接至PGND
   • MODE/SS走线避免与SW平行
3. ‌热优化布局‌：
   • 在PGND焊盘下方放置多个过孔
   • 内层1设置为PGND/AGND平面
   • 内层2设置为完整PGND平面

六、选型与应用场景

1. 型号对比指南

型号	工作模式	典型应用场景
TPS56836	OOA模式	音频设备、医疗仪器
TPS56837	Eco-mode	电池供电设备、IoT终端
TPS56838	FCCM模式	工业PLC、测试设备

2. 典型应用领域

• 工业自动化：PLC、电机控制
• 消费电子：TV、显示器、笔记本电脑
• 网络设备：路由器、交换机
• 汽车电子：信息娱乐系统、ADAS