‌TPS51385同步降压转换器技术解析与应用指南

Texas Instrument TPS51385 7A同步降压式转换器设有自适应导通时间D-CAP3控制模式。集成的低RDS(on) 功率MOSFET可实现高效率，并为空间受限的电源系统提供最少的外部组件数量和易用性。其特性包括精确的基准电压、用于提高轻负载效率的自动跳跃模式运行、快速负载瞬态响应、开关频率大于25kHz的OOA轻负载运行、具有负载调节和良好线路的D-CAP3控制模式，并且无需外部补偿。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPS51385 7A同步降压式转换器数据手册.pdf

TPS51385提供OVP、UVP、OCP、OTP和UVLO的全面保护。该器件结合了输出放电功能和电源正常状态信号。TPS51385同时支持外部和内部软启动时间选项。该器件具有1ms的内部固定软启动时间。如果应用需要更长的软启动时间，则可以使用外部SS引脚，通过连接外部电容器来实现更长的软启动时间。Texas Instruments TPS51385采用热增强型12引脚QFN封装，并且工作结温范围为-40°C至125°C。

特性

• 4.5 V 到 24 V 的输入电压范围
• 输出电压范围：0.6 V至5.5 V
• 集成22 mΩ和11 mΩ MOSFET
• 支持7A连续IOUT
• 低静态电流：84 µA
• 25°C时的基准电压 (0.6 V)为±1%
• -40°C至125°C时的基准电压 (0.6 V)为±1.5%
• 1MHz开关频率
• D-CAP3™控制模式，用于快速瞬态响应
• 支持POSCAP和所有MLCC输出电容
• 可调节软启动和内部1ms软启动
• 具有在轻负载条件下可选的PSM和Out-of-Audio™™（OOA）模式，支持动态更改
• 支持大负荷运行
• 电源正常状态指示器，可监测输出电压
• 锁存输出OV和UV保护
• 非锁存UVLO和OT保护
• 逐周期过流保护
• 内置输出放电特性
• 小型2.00 mm × 3.00 mm HotRod™ QFN封装
• 与 [TPS51386]引脚对引脚兼容（24V、8A）

功能框图

‌TPS51385同步降压转换器技术解析与应用指南

一、核心特性

• ‌宽输入电压范围‌：4.5V至24V，支持0.6V至5.5V输出，适用于笔记本、平板电脑及分布式电源系统
• ‌高效能设计‌：集成22mΩ（上管）/11mΩ（下管）MOSFET，峰值效率达95%（12V输入/5.1V输出）
• ‌智能控制模式‌：支持PSM（节能模式）和OOA（超音频模式），轻载时可避免可闻噪声
• ‌多重保护机制‌：锁存型OVP/UVP、非锁存UVLO/OTP、周期逐限流保护（OCP）

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二、关键技术解析

1. ‌D-CAP3™控制架构‌
   • 无需外部补偿网络，通过内部纹波注入技术实现快速瞬态响应（典型响应时间<1μs）
   • 支持全陶瓷电容设计，输出纹波低至35mVp-p（19.5V输入/7A负载）
2. ‌可配置软启动‌
   • 默认1ms内部软启动，支持通过SS引脚外接电容扩展启动时间（公式：Tss = Css(nF)×0.6V×1.4 / 5μA）
3. ‌TLVR兼容设计‌
   • 采用HotRod™ QFN封装（2mm×3mm），热阻θJA仅72.7°C/W（JEDEC标准）

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三、典型应用设计

3.1 关键元件选型建议

‌参数‌	‌推荐值‌	‌设计要点‌
输出电感	0.47μH~1.5μH（依输出电压选择）	饱和电流需>8.8A（考虑OCL裕量）
输入电容	22μF X7R陶瓷电容+100μF电解电容	输入RMS电流按公式：Icin_rms=IOUT×√(VOUT(VIN-VOUT)/VIN²)
输出电容	44-500μF MLCC组合	ESR需满足ΔVOUT/ΔIOUT≤35mV/7A

3.2 布局优化要点

• ‌功率路径‌：VIN/SW/PGND走线宽度≥1mm，采用多层板设计时每增加1oz铜厚可降低温升约3°C
• ‌敏感信号‌：FB反馈走线远离SW节点，底部反馈电阻需贴近FB引脚（间距<2mm）
• ‌散热处理‌：在PCB背面裸露焊盘区域布置4×4阵列0.3mm通孔（填充导热膏）

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四、保护功能实现

1. ‌故障保护机制‌
   • ‌OVP/UVP‌：120%VOUT触发锁存关闭，60%VOUT触发非锁存保护
   • ‌TSD‌：165°C阈值+20°C迟滞，自动恢复设计
   • ‌输出放电‌：内置160Ω放电电阻（EN=0V时激活）
2. ‌动态模式切换‌
   • MODE引脚>0.8V启用OOA模式（fSW>25kHz），浮空时进入PSM模式
   • 支持运行时切换，典型应用需在MODE引脚布置10nF去耦电容

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五、版本管理与选型

• ‌型号差异‌：TPS51385RJNR（基础版）与TPS51385RJNR.A（2025年7月修订版，优化OVP响应）
• ‌开发支持‌：TI提供PowerStage Designer工具辅助环路补偿计算，E2E™论坛提供实时技术支持

‌效率曲线参考‌
在12V输入/5.1V输出条件下：

• 轻载效率（1mA）：84% @PSM模式
• 满载效率（7A）：92% @1MHz开关频率

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通过集成先进的D-CAP3™控制与紧凑封装设计，TPS51385为空间受限的高性能电源系统提供了高功率密度解决方案。设计人员应重点关注其动态模式切换与布局优化，以充分发挥器件性能优势。