TPS543B25同步降压转换器技术解析与应用指南

描述

Texas Instruments TPS543B25和TPS543B25T同步SWIFT™ 降压转换器是一款高效率18V、25A降压转换器,采用内部补偿的定频高级电流模式(ACM)控制架构。此系列转换器在FCCM下工作,可产生0.5V至7V的输出电压。固定频率控制器的工作频率为500kHz至2.2MHz,且可通过SYNC引脚与外部时钟同步。其他功能包括高精度电压基准、双线遥感、可选软启动时间、可选电流限制以及全套故障保护。TPS543B25和TPS543B25T转换器适用于光纤网络、测试与测量以及医疗保健应用。

数据手册:

*附件:TPS543B25 数据表.pdf

*附件:TPS543B25T 数据表.pdf

特性

  • 固定频率、内部补偿高级电流模式(ACM)控制
  • 集成6.5mΩ和6.5mΩ MOSFET
  • 输入电压范围:4V至18V
  • 输出电压范围:0.5V至7V
  • 真差分遥感放大器 (RSA)
  • 三个可选PWM斜坡选项,优化控制环路性能
  • 五个可选开关频率(500kHz、750kHz、1MHz、1.5MHz和2.2MHz)
  • 可与外部时钟同步
  • 电压基准精度:0.5V、±0.5%(整个温度范围内)
  • 1ms、2ms、4ms和8ms可选软启动时间
  • 单调启动至预偏置输出
  • 可选的电流限制,支持25A和20A运行
  • 使能,带可调输入欠压闭锁
  • 电源正常输出监视器
  • 输出过压、输出欠压、输入欠压、过流和过热保护
  • 工作结温范围:-40°C至150°C
  • 2.5mm × 4.5mm、17引脚WQFN-HR封装,间距为0.5mm
  • 无铅(符合RoHS标准)

功能框图

SWIFT

TPS543B25同步降压转换器技术解析与应用指南

产品概述

TPS543B25是德州仪器(TI)推出的高性能同步降压转换器,具有以下核心特性:

  • 宽输入电压范围‌:4V至18V
  • 大电流输出‌:25A连续输出电流
  • 高效率设计‌:集成6.5mΩ(高边)和2mΩ(低边)MOSFET
  • 先进控制架构‌:固定频率内部补偿的先进电流模式(ACM)控制
  • 多频率选择‌:支持500kHz、750kHz、1MHz、1.5MHz和2.2MHz五种开关频率
  • 远程电压检测‌:集成差分远程检测放大器(RSA)
  • 多重保护机制‌:过压/欠压/过流/过热保护

关键性能参数

1. 电气规格

参数条件最小值典型值最大值单位
输入电压-4-18V
输出电压可调范围0.5-7V
开关频率RFSEL=11.8kΩ90010001100kHz
效率VIN=12V, VOUT=1V-95%--
静态电流非开关模式-3.85.5mA

2. 保护特性

  • 输出过压保护(OVP):触发点为输出电压的120%
  • 输出欠压保护(UVP):触发点为输出电压的80%
  • 过流保护:高边36A/低边27.5A(高限模式)
  • 热关断:165°C触发,12°C滞后

硬件设计要点

1. 功率级设计

  • 电感选择‌:
    计算公式:L = (VIN - VOUT) × VOUT / (ΔI × VIN × fSW)
    推荐值:0.15μH~0.3μH(根据纹波要求)
  • 输出电容‌:
    最小计算公式:COUT > ΔIOUT/(2π×fSW×ΔVOUT)
    推荐配置:6×100μF陶瓷电容并联
  • 输入电容‌:
    最低要求:10μF陶瓷电容(每侧VIN引脚)
    推荐配置:2×22μF + 2×10μF + 2×1μF陶瓷电容

2. 关键外围电路

  • 反馈网络‌:
    RFBT = RFBB × (VOUT/0.5V - 1)
    推荐RFBB=4.99kΩ(1%精度)

  • 频率设置‌:
    通过SYNC/FSEL引脚电阻选择:

    频率(kHz)电阻值(kΩ)
    50024.3
    100011.8
    22004.99
  • 工作模式配置‌:
    通过MSEL引脚电阻选择:

    • 电流限制(高/低)
    • 软启动时间(1/2/4/8ms)
    • 斜坡电容(1/2/4pF)

典型应用电路

1. 1.0V/25A电源设计

  • 输入电压‌:12V
  • 开关频率‌:1MHz
  • 关键元件‌:
    • 电感:0.15μH, 0.39mΩ
    • 输出电容:6×100μF陶瓷
    • 反馈电阻:RFBT=4.99kΩ, RFBB=4.99kΩ
    • 前馈电容:180pF

2. 布局建议

  • 功率路径‌:
    • VIN/SW走线尽可能宽
    • 使用多个过孔连接PGND
  • 敏感信号‌:
    • FB走线远离开关节点
    • AGND单点连接到PGND
  • 热管理‌:
    • 裸露焊盘充分焊接
    • 考虑添加散热过孔

设计注意事项

  1. 热性能‌:
    • 结到环境热阻:33.9°C/W
    • 满载时预计温升:45°C(12V输入,1V/25A输出)
  2. 稳定性优化‌:
    • 根据LC谐振频率选择斜坡电容
    • 添加前馈电容改善相位裕度
    • 建议相位裕度>45°
  3. 保护功能‌:
    • 启用电源好(PG)监控
    • 合理配置UVLO阈值
    • 预留测试点用于故障诊断

TPS543B25凭借其高集成度和先进控制架构,特别适用于通信基础设施、测试测量等高密度电源应用。设计时应特别注意功率路径布局和热管理,以充分发挥器件性能。

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