Texas Instruments TPS546A24S SWIFT™同步降压式转换器是一款高度集成、非隔离式直流/直流转换器，具有PMBus^®^ 和扩展写保护。该降压转换器提供2.95V至18V的输入电压范围、 12种可选开关频率（从225kHz至1.5MHz）以及10A的输出电流。如果与两个、三个和四个其他TPS546A24S转换器互连，TPS546A24S转换器可在单个输出上提供最高40A的电流。该降压式转换器集成了5.5mΩ/1.8mΩ MOSFET，并可使用PMBus VOUT_COMMAND通过引脚搭接选择0.5V至5.5V或0.25V至5.5V输出。TPS546A24S转换器使用专有的固定频率电流模式控制，具有输入前馈和可选的内部补偿元件，可减小尺寸和提高稳定性。 典型应用包括数据中心交换机、机架式服务器、有源天线系统、远程无线电、基带单元、自动测试设备、CT、PET和MRI。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPS546A24S SWIFT™同步降压式转换器数据手册.pdf

特性

• 集成扩展安全功能
• 支持双电源：
  • 2.95V至18V PVIN
  • 2.95V至18V AVIN（4VIN VDD5开关电压）
• 集成5.5mΩ/1.8mΩ MOSFET
• 具有可选内部补偿的平均电流模式控制
• 可堆叠2个、3个和4个，电流共享高达40A，每个输出可支持单个地址
• 通过引脚搭接的可选输出电压范围为0.5V至5.5V，使用PMBus VOUT_COMMAND的电压范围为0.25V至5.5V
• 广泛的PMBus命令集，可遥测VOUT 、IOUT 和内部裸片温度
• 通过内部反馈分压器实现差分遥感，可检测到小于1%的VOUT 误差，TJ 为-40°C至150°C
• 通过PMBus实现AVS和裕度调节
• 采用MSEL引脚，引脚编程PMBus默认值
• 从225kHz到1.5MHz的12个可选开关频率（8个引脚搭接选项）
• 频率同步输入和同步输出
• 支持预偏置输出
• 7mm x 5mm x 1.5mm，40引脚QFN封装尺寸
• 直接兼容TPS546A24A

典型应用图

功能框图

TPS546A24S同步降压转换器技术解析与应用指南

一、核心特性

• 集成5.5mΩ(高边)/1.8mΩ(低边)高效率MOSFET
• 支持PMBus®数字接口与扩展写保护功能
• 平均电流模式控制，可选择内部补偿网络
• 输出电压可通过引脚配置或PMBus命令设置(0.25V至5.5V范围)
• 12种可编程开关频率(225kHz至1.5MHz)
• 7mm×5mm×1.5mm 40引脚QFN封装

二、核心技术解析

1. 平均电流模式控制架构

TPS546A24S采用专有的固定频率平均电流模式控制架构，具有以下技术优势：

• 集成输入前馈和可选内部补偿元件
• 最小化尺寸需求，同时在宽输出电容范围内保持稳定
• 通过VSHARE引脚实现多相电流共享
• 电压环和电流环独立可编程，支持灵活补偿设计

控制环路结构包含：

• ‌电压误差积分器‌：比较反馈电压与基准电压
• ‌电流误差积分器‌：调节调制器控制电压以匹配电感电流
• ‌导通时间调制器‌：将电流误差信号转换为电感导通时间

2. 功率级设计

‌输入电源管理‌：

• 分离的AVIN(控制器供电)和PVIN(功率级供电)引脚
• AVIN范围：4V-16V(单电源)或2.95V-16V(分离电源)
• PVIN范围：2.95V-16V
• 内置三个线性稳压器(1.5V, 1.8V和5V)

‌MOSFET配置‌：

• 集成高边和低边功率MOSFET
• 高边RDS(on)：5.5mΩ@25°C(VBOOT-VSW=4.5V)
• 低边RDS(on)：1.8mΩ@25°C(VVDD5=4.5V)

3. PMBus数字接口

TPS546A24S提供完整的PMBus 1.3兼容接口，支持：

• 100kHz/400kHz/1MHz总线速度
• 标准PMBus命令集(OPERATION、VOUT_COMMAND等)
• 制造商特定命令(COMPENSATION_CONFIG等)
• SMBus警报响应协议

‌关键PMBus功能‌：

• 输出电压动态调整(0.25V至5.5V)
• 开关频率设置(225kHz至1.5MHz)
• 故障监测与响应配置
• 遥测数据读取(电压、电流、温度)

三、典型应用设计

1. 单相降压转换器

‌基本参数设计‌：

• 输入电压：12V
• 输出电压：1V@10A
• 开关频率：550kHz
• 电感选择：600nH

‌关键外围元件‌：

• 输入电容：低ESR陶瓷电容(建议2.2nF-10nF靠近PVIN)
• 输出电容：根据瞬态响应要求选择
• 自举电容：100nF/10V(X5R或更好)
• VDD5旁路：≥4.7μF/10V(X5R)

2. 多相并联配置

TPS546A24S支持2×、3×或4×堆叠配置，通过以下方式实现电流共享：

• VSHARE引脚互联实现均流控制
• BCX_CLK/BCX_DAT引脚用于器件间通信
• 单一PMBus地址管理整个堆栈

‌设计要点‌：

• 主控制器设置补偿参数
• 从设备通过GOSNS/FLWR引脚配置
• 相位差自动分配(180°、120°或90°)
• 确保各相布局对称性

四、保护功能详解

1. 电压保护

• ‌ 过压保护(OVP) ‌：可编程阈值(105%-140% VOUT)
• ‌ 欠压保护(UVP) ‌：可编程阈值(60%-95% VOUT)
• ‌ 输入欠压锁定(UVLO) ‌：可配置启动/关断阈值
• ‌输入过压保护‌：21V固定阈值(典型值)

2. 电流保护

• ‌ 过流保护(OCP) ‌：可编程阈值(4A-23A每相)
• ‌高边短路保护‌：自动触发(1.5×OCP阈值)
• ‌负电流保护‌：-10A固定阈值

3. 热管理

• ‌可编程过温警告‌：0-160°C(1°C分辨率)
• ‌过温保护‌：150°C(典型值)阈值
• ‌热折返‌：170°C关断(带滞回)

五、PCB布局指南

1. ‌功率回路布局‌：
   • 保持PVIN、PGND和SW路径短而宽
   • 使用多层板降低寄生电感
   • 在PVIN引脚附近放置高频去耦电容
2. ‌信号布线建议‌：
   • 将敏感模拟信号(如VOSNS)远离开关节点
   • PMBus信号线适当远离功率走线
   • 使用星型接地连接AGND和PGND
3. ‌热设计考虑‌：
   • 最大化热焊盘铜面积
   • 使用多个过孔连接各层散热铜
   • 考虑空气流动路径优化

六、性能优化技巧

1. ‌效率提升方法‌：
   • 选择适当的开关频率权衡效率与尺寸
   • 使用外部5V电源驱动VDD5降低LDO损耗
   • 优化死区时间设置
2. ‌瞬态响应优化‌：
   • 调整补偿网络参数(GmEA, RpEA等)
   • 选择合适的输出电容组合
   • 利用VOUT_TRANSITION_RATE控制压摆率
3. ‌EMI抑制措施‌：
   • 添加snubber网络抑制SW节点振铃
   • 采用频率同步功能降低系统噪声
   • 优化电感选择和布局

七、常见问题解决方案

‌问题1：启动失败‌

• 检查AVIN/VDD5 UVLO
• 验证EN/UVLO引脚配置
• 确认PMBus操作命令设置

‌问题2：输出电压不稳定‌

• 检查补偿参数配置
• 验证反馈网络连接
• 确认VOUT_SCALE_LOOP设置

‌问题3：多相均流不平衡‌

• 检查VSHARE连接
• 验证各相电感值匹配
• 确认BCX通信正常