Texas Instruments TPS65220电源管理IC (PMIC) 设计用于为便携式和固定汽车应用中的各种SoC供电。该器件的环境温度范围为-40°C至+125°C，因此非常适合用于各种工业汽车应用。该器件包括三个同步降压直流－直流转换器和四个线性稳压器。这些直流－直流转换器支持1x 3.5A和2x 2A。该转换器需要一个470nH的小型电感器、4.7µF的输入电容以及每电源轨最小10µF的输出电容。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPS65220电源管理 IC (PMIC)数据手册.pdf

两个低压差稳压器 (LDO) 在0.6V至3.4V输出电压范围内支持Texas Instruments TPS65220 400mA提供输出电流。作为负载开关，这些LDO支持旁路模式，并允许在工作期间改变电压。另外两个LDO在1.2V至3.3V输出电压范围内支持提供300mA的输出电流。低压差稳压器 (LDO) 还支持负载开关模式。借助I^2^C接口、输入输出、GPIO和多功能引脚 (MFP)，可无缝连接各种SoC。

特性

• 三个降压转换器，非固定开关频率高达2.3MHz，或采用固定频率模式
  • 1个VIN ：2.5V至5.5V；IOUT ：3.5A；VOUT ：0.6V至3.4V
  • 2个VIN ：2.5V至5.5V；IOUT ：2A；VOUT ：0.6V至3.4V
• 四个线性稳压器
  • 2个VIN ：1.5V至5.5V；I OUT : 400mA；VOUT ：0.6V至3.4V（可配置为负载开关和旁路模式，支持SD卡）
  • 2个VIN ：2.2V至5.5V；IOUT ：300mA；VOUT ：1.2V至3.3V（可配置为负载开关）
• 所有三个降压转换器上的动态电压调节
• 低I Q /PFM、PWM模式（准固定频率）或固定频率模式
• 可编程电源排序和默认电压
• I^2^C接口，支持标准、快速模式和快速模式+
• 设计用于支持多达14个以上电源轨的系统（2个TPS65220 7个电源轨，每个电源轨加上GPO控制的外部电源轨）
• 两个GPO、一个GPIO和三个多功能引脚
• EEPROM可编程性
• 确保功能安全

功能框图

TPS65220电源管理IC(PMIC)技术解析：为工业与汽车应用设计的集成解决方案

一、产品概述

Texas Instruments的TPS65220是一款高度集成的电源管理IC(PMIC)，专为ARM Cortex®-A53处理器和FPGA设计，同时适用于广泛的工业与汽车应用场景。该器件在-40°C至+125°C的宽温度范围内工作，使其成为工业自动化和汽车电子系统的理想选择。

‌关键特性‌：

• 3路降压转换器(Buck)：1路3.5A+2路2A输出，开关频率高达2.3MHz
• 4路线性稳压器(LDO)：2路400mA(支持负载开关和旁路模式)+2路300mA(支持负载开关)
• 全三路Buck支持动态电压调节(DVS)
• 可编程电源时序和默认电压设置
• I2C接口(支持标准、快速和快速+模式)
• EEPROM可编程性
• 功能安全能力

二、核心架构与功能模块

2.1 电源转换子系统

‌Buck转换器‌：

• Buck1：3.5A输出，输入电压2.5-5.5V，输出电压0.6-3.4V可调
• Buck2/Buck3：各2A输出，相同输入/输出电压范围
• 支持固定频率(2.3MHz)和自动PFM/PWM模式切换
• 可选扩频技术(DRSS)降低EMI干扰

‌LDO稳压器‌：

• LDO1/LDO2：400mA，0.6-3.4V输出，支持三种工作模式：
  • LDO模式：传统线性稳压
  • 旁路模式：作为低阻抗开关
  • 负载开关模式：直接传递输入电压
• LDO3/LDO4：300mA，1.2-3.3V输出，支持LDO和负载开关模式

2.2 系统控制与接口

‌智能电源管理‌：

• 可配置的上电/下电时序(16个可编程时隙)
• 多种低功耗模式(ACTIVE/STBY)
• 集成电压监控和温度保护
• 灵活的故障处理机制(UV/OC/SCG检测)

‌控制接口‌：

• I2C接口(支持1MHz Fast-mode+)
• 多功能引脚配置：
  • EN/PB/VSENSE：可配置为使能、按键或电压检测输入
  • MODE/STBY和MODE/RESET：模式控制与复位
  • VSEL_SD/VSEL_DDR：电压选择(支持SD卡和DDR内存)

三、典型应用设计

3.1 工业应用场景

‌推荐应用‌：

• 低功耗工业MPU/MCU(如TI的AM62x, AM64x和AM243x系列)
• HMI人机界面
• PLC可编程逻辑控制器
• 工业PC
• 楼宇安防系统
• HVAC控制系统
• 视频监控设备

‌设计要点‌：

1. 输入滤波：每个Buck输入需4.7μF陶瓷电容
2. 输出滤波：
   • Buck1：推荐470nH电感+10-75μF输出电容
   • LDO：2.2μF输入/输出电容(根据模式选择)
3. 布局考虑：保持功率路径短而宽，AGND与PGND合理分离

3.2 汽车电子应用

‌适用场景‌：

• 车载信息娱乐系统(头单元)
• 数字仪表盘
• 车载通信单元(TCU)
• ADAS传感器处理
• 车载照明系统
• 车载音频放大器

‌安全特性‌：

• AEC-Q100认证
• 多级热保护(预警和关断)
• 输入过压保护(高达6V)
• 短路保护和自动恢复机制

四、设计技巧与最佳实践

4.1 电源时序配置

TPS65220支持高度灵活的电源时序管理：

• 每个电源轨可独立分配到16个时序槽中的任意位置
• 每个槽的持续时间可配置为0ms、1.5ms、3ms或10ms
• 支持多PMIC同步(GPIO引脚)

‌典型时序示例‌：

1. Slot 0：核心Buck(如0.75V)
2. Slot 1：I/O电压(如3.3V)
3. Slot 2：DDR电源(如1.2V)
4. Slot 3：外设LDO
5. 最后释放nRSTOUT信号

4.2 动态电压调节

‌DVFS实现‌：

• 支持运行中调整Buck输出(0.6-1.4V范围)
• 可编程压摆率控制：
  • 上升斜率：2.9-3.5mV/μs
  • 下降斜率：0.45-0.61mV/μs
• 通过I2C或专用引脚控制

‌应用场景‌：

• 处理器动态功耗管理
• 低功耗模式电压调节
• 性能模式快速切换

五、故障处理与调试

5.1 保护机制

‌多级故障检测‌：

1. 欠压保护(UV)：可配置为-5%或-10%阈值
2. 过流保护(OC)：可调消隐时间(20μs或2ms)
3. 短路接地保护(SCG)：硬线保护机制
4. 热警告(WARM)和热关断(HOT)：四路温度传感器

‌故障响应策略‌：

• 可配置的屏蔽选项
• 自动重试机制(可禁用)
• 详细的故障状态寄存器

5.2 调试接口

‌状态监控‌：

• nINT中断引脚报告故障事件
• 详细的寄存器映射(包括电源状态、故障标志等)
• I2C可访问所有配置和状态寄存器

‌典型调试流程‌：

1. 检查POWER_UP_STATUS_REG确定启动状态
2. 读取INT_SOURCE识别故障类型
3. 检查各电源轨的专用状态寄存器
4. 必要时调整保护阈值或响应策略

六、封装与选型

‌封装选项‌：

• 32引脚QFN(5mm×5mm)
• 32引脚QFN可润湿侧翼(Wettable Flank)封装，便于光学检测

‌选型考虑‌：

1. 温度等级：工业级(-40至125°C)或扩展级(-40至150°C)
2. 默认配置：根据目标处理器选择预编程NVM版本
3. 多PMIC支持：通过GPIO同步多个器件