TLVM13660同步降压电源模块技术解析与应用指南

描述

Texas Instruments TLVM13660 6A降压电源模块是一款高度集成的36V、6A直流/直流解决方案,集成多个功率MOSFET 、一个屏蔽式电感器和多个无源器件,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。模块下方的四个较大散热焊盘在制造中可实现简单布局和轻松搬运。

数据手册:*附件:Texas Instruments TLVM13660 6 A降压电源模块数据手册.pdf

Texas Instruments TLVM13660具有1V到16V的输出电压,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。

虽然TLVM13660模块的设计目的是在空间受限的应用中实现小尺寸和简洁性,但其具有诸多特性,可实现稳健的性能。这些特性包括用于可调输入电压UVLO的带迟滞精密使能、用于提高EMI的电阻可编程开关节点压摆率、集成VCC 、自举和用于提高可靠性与密度的输入电容器。这些器件还在整个负载电流范围内具有恒定开关频率、负输出电压能力,以及用于排序、故障保护和输出电压监控的PGOOD指示器。

特性

  • 多功能同步降压直流/直流电源模块
    • 集成MOSFET、电感器和控制器
    • 宽输入电压范围:3V至36V
    • 可调输出电压范围为1V至6V,在整个温度范围内设定精度为1%
    • 5.0mm × 5.5mm × 4mm超模压塑料封装
    • 结温范围:–40°C至125°C
    • 可调频率范围:200kHz至2.2MHz
    • 负输出电压应用功能
  • 在整个负载范围内的超高效率
    • 95%+峰值效率
    • 用于提升效率的外部偏置选项
    • 关断时的静态电流为:0.6µA(典型值)
    • 典型压差:0.8V(6A负载时)
  • 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
    • 恒定频率FPWM工作模式
    • 符合CISPR 11和32 B类发射要求
  • 适用于可扩展电源
  • 固有保护特性可实现稳健设计
    • 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

高度集成

TLVM13660同步降压电源模块技术解析与应用指南

Texas Instruments的TLVM13660是一款高集成度的同步降压DC/DC电源模块,本文将基于官方数据手册全面解析其技术特性、设计要点和典型应用方案。

一、核心特性概述

TLVM13660是一款3V至36V宽输入、1V至6V可调输出、6A输出的高密度电源解决方案,采用增强型HotRod™ QFN封装(5.0mm × 5.5mm × 4mm)。其主要技术亮点包括:

1. 高效率设计

  • 峰值效率可达95%以上
  • 外部偏置选项可进一步提升效率
  • 关断静态电流仅0.6 µA(典型值)
  • 6A负载下典型压降电压0.8V

2. 卓越的EMI性能

  • 双输入路径和集成电容的低噪声封装设计
  • 电阻可调开关节点压摆率
  • 恒定频率FPWM工作模式
  • 符合CISPR 11和32 Class B辐射标准

3. 集成保护功能

  • 精密使能输入和开漏PGOOD指示
  • 过流和热关断保护
  • -40°C至125°C结温范围

二、关键参数详解

1. 电气特性参数

  • 输入电压范围‌:3V至36V(启动时需要≥3.95V)
  • 输出电压范围‌:1V至6V可调(精度±1%)
  • 开关频率范围‌:200kHz至2.2MHz(通过RT引脚调节)
  • 输出电流能力‌:连续6A(需考虑温度降额)
  • 使能阈值‌:上升1.263V(典型),下降0.91V

2. 热特性参数

  • 热阻参数‌:
    • 结到环境(4层PCB):22.6°C/W
    • 结到顶部:1°C/W
    • 结到板:12.3°C/W
  • 热关断阈值‌:168°C(典型)
  • 最大工作结温‌:125°C

三、引脚功能与应用设计

1. 关键引脚配置

引脚名称功能描述
1,16VIN1,VIN2电源输入,需就近布置输入电容
2SW开关节点,避免外接元件
3,4CBOOT,RBOOT用于调节开关节点压摆率
10FB反馈输入,连接电阻分压器
12RT频率设置(200k-2.2MHz)
13PG开漏电源良好指示

2. 典型外围电路设计

输入电容选择‌:

  • 最小2×10µF陶瓷电容(X7R/X7S介质)
  • 推荐TDK C3216X7R1H106K或Murata GRM32ER71H106KA12L
  • 布局时对称布置在VIN1/VIN2附近

输出电容选择‌:

  • 最小电容要求取决于输出电压(参见表8-1)
  • 5V输出时推荐2×47µF陶瓷电容(如GRM32ER71A476ME15L)
  • 添加前馈电容(CFF)可改善相位裕度

反馈电阻计算‌:
RFBT = RFBB × (VOUT/VFB - 1),其中VFB=1V
推荐RFBB=10kΩ,例如5V输出时RFBT=40.2kΩ

四、典型应用方案

1. 工业用高效6A降压方案

设计参数‌:

  • 输入:9-36V(UVLO 6V开启/4.3V关闭)
  • 输出:5V@6A
  • 频率:1MHz(RRT=13kΩ)

性能表现‌:

  • 24V输入时效率:轻载95%,满载91.4%
  • 负载调整率:±1%
  • 符合CISPR 32 Class B EMI标准

2. 负压输出的反激降压-升压方案

设计要点‌:

  • 输出能力:IOUT(max) = ILDC(max) × (1 - D)
  • -5V输出时最大电流约4A(24V输入)
  • 需注意右半平面零点对环路稳定的影响

五、PCB布局指南

  1. 热设计‌:
  • 使用4层板(2oz铜厚)
  • 在模块下方布置密集散热过孔阵列(≥0.3mm直径)
  • 顶层和底层采用大面积铜皮散热
  1. EMI优化布局‌:
  • 输入/输出电容对称布置实现磁场抵消
  • 开关节点区域严格控制铜面积
  • FB走线尽可能短,远离噪声源
  1. 接地策略‌:
  • 分离功率地(PGND)和模拟地(AGND)
  • AGND引脚(6,11)直接连接到PGND引脚19下方

六、设计辅助工具

TI提供完整的开发支持资源:

  • WEBENCH®设计工具‌:在线生成定制化方案
  • 快速启动计算器‌:辅助元件选型
  • EVM评估模块‌:参考设计(原理图/布局文件)
  • 仿真模型‌:SPICE行为模型
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