德州仪器TPSM63610E高密度同步降压电源模块技术解析与应用指南

Texas Instruments TPSM63610E同步降压直流/直流电源模块是一款高度集成的36V、8A直流/直流解决方案，集成了多个功率MOSFET、一个屏蔽式电感器和多个无源器件，并采用增强型HotRod™ QFN封装。该模块的VIN和VOUT引脚位于封装的边角处，可优化输入和输出电容器在布局中的放置。模块下方具有四个较大的散热焊盘，可在制造过程中实现简单布局和轻松处理。TPSM63610E具有1V到20V输出电压，旨在快速、轻松实现小尺寸PCB的低EMI设计。总体解决方案仅需四个外部元件，并且省去了设计流程中的磁性和补偿元件选择过程。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPSM63610E同步降压直流-直流电源模块数据手册.pdf

虽然尺寸小，操作简单，设计用于在空间受限的应用，但是Texas Instruments TPSM63610E模块具有许多特性来实现稳健的性能：具有迟滞功能的精密使能端可实现输入电压UVLO调节、电阻可编程开关节点压摆率和扩频以改善EMI。与集成式VCC、自举和输入电容器一起使用，可提高可靠性和密度。该模块可配置为在满负载电流范围 (FPWM) 内保持恒定开关频率，也可配置为可变频率 (PFM) 以提高轻负载效率。它包含PGOOD指示器，可实现时序控制、故障报告和输出电压监测功能。

特性

• 支持功能安全
  • 来辅助功能安全系统设计的文档
• 多功能36 V IN 、8AOUT同步降压模块
  • 集成MOSFET、电感器和控制器
  • 可调节输出电压范围为1V至20V
  • 6.5mm × 7.5mm × 4mm超模压塑料封装
  • 结温范围：-55°C至+125°C
  • 可调频率范围：200kHz至2.2MHz
  • 负输出电压应用功能
• 在整个负载范围内具有超高效率
  • 峰值效率：95%+
  • 用于提升效率的外部偏置选项
  • 外露焊盘可实现低热阻抗 (EVM θ J A =18.2°C/W)
  • 关断时的静态电流为：0.6µA （典型值）
• 超低传导和辐射EMI签名
  • 具有双输入路径和集成电容器的低噪声封装可降低开关振铃
  • 电阻器调节的开关节点压摆率
  • 符合CISPR 11和32 B类发射要求
• 适用于可扩展电源
  • 精密使能输入和漏极开路PGOOD指示器（用于时序、控制和VIN UVLO）
  • 过流和热关断保护

功能框图

德州仪器TPSM63610E高密度同步降压电源模块技术解析与应用指南

一、核心特性与产品定位

TPSM63610E是TI推出的汽车级高集成度同步降压电源模块，具有以下突出特性：

1. ‌宽范围输入输出能力‌
   • 输入电压：3V至36V（瞬态耐受42V）
   • 输出电压：1V至20V可调（25mV步进精度）
   • 输出电流：8A持续/10A峰值
   • 工作温度范围：-55℃至125℃（结温）
2. ‌超高集成度设计‌
   • 集成功率MOSFET、屏蔽电感及控制器
   • 6.5mm×7.5mm×4mm HotRod™ QFN封装
   • 仅需4个外部元件即可工作
3. ‌增强型EMI性能‌
   • 双输入路径设计降低开关振铃
   • 可调开关节点压摆率（通过RBOOT配置）
   • 满足CISPR 11/32 Class B标准

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二、关键电路设计要点

1. 外围元件选型指南

元件类型	推荐参数	典型型号（厂商）
输入电容	2×10μF陶瓷(X7R)	Murata GRM32ER71H106KA12L
输出电容	3×47μF陶瓷(X7R)	TDK CGA6P3X7S1H106M
反馈电阻	RFBT=100kΩ	Vishay CRCW系列
频率设置电阻	15.8kΩ（1MHz）

2. 保护功能机制

• ‌过流保护‌：8.4-14.2A峰值限流，40ms打嗝模式
• ‌热关断‌：168°C触发（159°C恢复）
• ‌输出监测‌：PG信号指示94%-112%稳压范围
• ‌输入UVLO‌：可编程欠压锁定（1V迟滞）

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三、典型应用设计实例

1. 工业24V转5V/8A电源方案

‌关键配置‌：

• 反馈电阻：RFBT=100kΩ, RFBB=24.9kΩ
• 开关频率：1MHz（RRT=15.8kΩ）
• 输入电容：2×10μF/50V陶瓷
• 输出电容：3×47μF/10V陶瓷

‌实测性能‌：

• 效率：94.3%@4A负载（VIN=12V）
• 负载调整率：±1%（0.1A-8A）
• 传导EMI：低于CISPR 11限值6dB

2. 负压输出应用（-12V/5A）

‌拓扑要点‌：

• VIN+接输入正极，VIN-接输出负极
• 输出电流公式：IOUT(max)=8A×(1-D)
• 需注意功率回路面积最小化

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四、PCB布局优化建议

1. ‌热设计‌
   • 使用2oz铜厚四层板
   • 布置12个φ0.3mm散热过孔
   • 顶层铜箔面积≥15mm²
2. ‌EMI抑制‌
   • 输入电容对称靠近VIN1/VIN2引脚
   • 开关节点走线长度<5mm
   • 反馈电阻紧贴FB引脚布局
3. ‌接地策略‌
   • AGND与PGND在模块下方单点连接
   • 底层完整地平面作噪声屏蔽