‌德州仪器TPS631012/013 1.6V-5.5V Buck-Boost转换器深度解析与设计指南

Texas Instruments TPS631012/TPS631013降压-升压转换器是恒定频率峰值电流模式控制降压-升压转换器，采用微型晶圆芯片级封装。这些器件具有3A（典型值）峰值电流限制、1.6V至5.5V输入电压范围，并为系统前置稳压器和电压稳定器提供电源解决方案。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPS631012，TPS631013降压-升压转换器数据手册.pdf

根据输入电压的不同，当输入电压近似等于输出电压时，Texas Instruments TPS631012/TPS631013会自动以升压、降压或3周期降压/升压模式运行。模式切换采用定义的占空比进行，避免了不必要的模式内切换，从而减少输出电压纹波。8µA静态电流和省电模式可在轻负载甚至空载条件下实现超高效率。该器件提供采用WCSP封装的极小解决方案尺寸。

特性

• 输入电压范围：1.6V-5.5V
  • 器件输入电压：> 1.65V（启动）
• 输出电压范围：1.0V至5.5V（可调）
• 高输出电流能力：3A峰值开关电流
  • V IN ≥3V、V OUT =3.3V时为2A IOUT
  • 1.5A I OUT （V IN ≥2.7V，V OUT =3.3V）
• 在整个负载范围内具有高效率
  • 8µA典型静态电流
  • 自动省电模式和强制PWM模式可配置
• 峰值电流降压-升压模式架构
  • 无缝模式转换
  • 正向和反向电流操作
  • 启动至预偏置输出
  • 固定频率运行，2MHz开关频率
• 运行安全可靠
  • 过流和短路保护
  • 集成软启动，采用有源斜坡
  • 过热和过压保护
  • 带负载断开功能的真正关断功能
  • 正向和后向电流限制
• 默认设置内部EN
  • TPS631012和TPS631012X (X=1,2,3)：转换器_EN = 0
  • TPS631013: CONVERTER_EN = 1
• 小尺寸解决方案
  • 小尺寸1µH电感器
  • 1.803mm × 0.905mm in WCSP

功能框图

‌德州仪器TPS631012/013 1.6V-5.5V Buck-Boost转换器深度解析与设计指南

一、核心特性与创新设计

1. 宽范围高效能转换

• ‌输入/输出范围‌：1.6V-5.5V输入，1.0V-5.5V可调输出（25mV步进精度）
• ‌功率能力‌：3A峰值开关电流，支持1.5A持续输出（VIN≥2.7V时）
• ‌效率表现‌：95%效率@3.3V输出/1A负载，8μA超低静态电流

2. 智能控制架构

• ‌三模式自动切换‌：无缝过渡Buck/Boost/Buck-Boost模式
• ‌I2C可编程接口‌：支持400kHz Fast Mode+通信，含7个可配置寄存器
• ‌动态电压调节‌：支持7.2V/ms快速DVS（EN_FAST_DVS=1时）

3. 微型封装设计

• ‌WCSP封装‌：1.803mm×0.905mm超小尺寸
• ‌热特性‌：θJA=84°C/W（需配合散热过孔设计）

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二、关键电路设计要点

1. 外围元件选型

元件类型	推荐参数	典型型号
电感	1μH/4.3A	Murata DFE252012P-1R0M
输入电容	22μF陶瓷	GRM187R61A226ME15
输出电容	47μF陶瓷	GRM219R60J476ME44

2. 寄存器配置示例

• ‌输出电压设置‌：VOUT=1.000+(VOUT[7:0]×0.025)V（0x00≤VOUT[7:0]≤0xB4）
• ‌软启动时间‌：TD_RAMP[2:0]=101→7.552ms
• ‌保护功能‌：EN_SCP=1启用短路打嗝模式（9ms on/22ms off）

3. 布局关键要求

• ‌功率路径‌：LX1/LX2走线宽度≥0.3mm
• ‌散热设计‌：建议使用12个0.3mm散热过孔
• ‌I2C布线‌：SCL/SDA需加4.7kΩ上拉电阻

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三、典型应用场景

1. TWS耳机充电仓

• ‌配置要点‌：
  • VIN=3.7V（锂电池），VOUT=5V@300mA
  • 启用PFM模式（FPWM=0）提升轻载效率
• ‌实测数据‌：
  • 待机功耗：<15μA
  • 充电效率：92%@500mA负载

2. 工业传感器供电

• ‌特殊配置‌：
  • 启用快速DVS（EN_FAST_DVS=1）
  • 设置CL_RAMP_MIN=1提升启动能力
• ‌保护策略‌：
  • 热关断阈值：160℃（带25℃迟滞）
  • 输入欠压锁定：1.55V上升阈值

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四、性能对比与模式分析

工作模式	触发条件	特点
Buck模式	VIN>VOUT+0.3V	2MHz固定频率
Boost模式	VIN