TPS562212同步降压转换器技术解析与应用指南

描述

TPS562212 是一款具有成本效益且高度灵活的同步降压转化器,可在可选的Eco-mode或强制连续导通模式 (FCCM) 下工作。另外还可以通过MODE引脚配置可选的电源正常状态指示器或外部软启动。通过正确配置使能引脚、电源正常状态指示器或外部软启动可以实现电源时序控制。4.2V至18V的宽输入电压范围支持12V和15V等各种常见的输入电压轨。其输出电压为0.6V至7V,支持高达2A的持续输出电流。

数据手册;*附件:Texas Instruments TPS562212同步降压转换器数据手册.pdf

该器件采用高级仿真电流模式 (AECM) 控制拓扑,能够提供快速瞬态响应和真正的固定开关频率。借助内部智能环路带宽控制,该器件无需外部补偿,即可在宽输出电压范围内实现快速瞬态响应。

高侧峰值电流的逐周期电流限制可在过载情况下保护器件, 并通过低侧谷值电流限制防止电流失控,增强限制效果。在过压保护 (OVP)、欠压保护 (UVP)、UVLO保护和热关断保护情况下将触发断续模式。Texas Instruments TPS562212采用1.6mm × 2.1mm SOT5X3封装。

特性

  • 输入电压:4.2V至18V
  • 输出电压:0.6V至7V
    • 高达2A连续输出电流
    • 最短导通时间:45ns
    • 最大占空比:98%
  • 高效率
    • 集成66mΩ和33mΩ MOSFET
    • 静态电流:120µA (典型值)
  • 高度灵活且易于使用
    • 有Eco-mode运行模式或FCCM运行模式可供选择
    • 可选电源良好指示器或外部软启动
    • 精密使能输入
  • 高精度
    • 参考电压精度:±1% (25°C)
    • 开关频率容差:±8.5%
  • 小尺寸解决方案
    • 内部补偿,便于使用
    • SOT-5X3封装
    • 最少外部元件
  • 逐周期限流,用于高侧和低侧MOSFET
  • 非锁存OVP、UVP、UVLO和TSD保护

功能框图

同步降压

TPS562212同步降压转换器技术解析与应用指南

一、器件概述

TPS562212是德州仪器(TI)推出的一款高性价比同步降压转换器,采用先进的AECM(Advanced Emulated Current Mode)控制拓扑,具有4.2V至18V的宽输入电压范围和高达2A的连续输出电流能力。该器件集成66mΩ(高边)和33mΩ(低边)MOSFET,采用紧凑的SOT-5X3封装(1.6mm×2.1mm),非常适合空间受限的应用场景。

关键特性‌:

  • 输入电压范围:4.2V-18V
  • 输出电压范围:0.6V-7V(可调)
  • 最大输出电流:2A连续
  • 开关频率:1.2MHz(典型值)
  • 转换效率高达98%
  • 工作结温范围:-40°C至+125°C

二、核心技术解析

1. AECM控制架构

TPS562212采用创新的AECM(模拟电流模式)控制技术,结合了峰值电流模式控制和D-CAP2控制的优势:

  • 固定开关频率‌:在CCM(连续导通模式)下保持1.2MHz±8.5%的稳定频率
  • 快速瞬态响应‌:内部智能环路带宽控制无需外部补偿
  • 多模式操作‌:支持Eco-mode和FCCM(强制连续导通模式)可配置

2. 保护机制

器件集成全面的保护功能:

  • 过流保护‌:高边峰值(3.5A典型)和低边谷值(2.6A典型)双重限制
  • 过压/欠压保护‌:OVP阈值112%,UVP阈值62.5%
  • 热关断‌:结温150°C触发,130°C恢复
  • 输入UVLO‌:3.8V(上升)/3.6V(下降)

三、典型应用设计

1. 3.3V/2A输出设计示例

设计参数‌:

  • 输入电压:12V(4.2-18V范围)
  • 输出电压:3.3V
  • 最大负载电流:2A
  • 电感选择:2.2μH(推荐TDK VLS252010ET-2R2N)

关键元件选型‌:

  1. 输出电感‌:
    L = (VIN_MAX - VOUT) × VOUT / (ΔIL × fSW × VIN_MAX)
    取ΔIL=30%IOUT,得L≈2.2μH
  2. 输入电容‌:
    建议使用10μF X7R陶瓷电容+100nF去耦电容
  3. 输出电容‌:
    选用22μF X7R陶瓷电容,满足纹波和瞬态要求

2. 布局指南

优化PCB布局对性能至关重要:

  1. 保持功率回路(输入电容→IC→电感→输出电容)面积最小化
  2. BOOT引脚电容应靠近IC放置(0.1μF)
  3. FB反馈网络远离噪声源,采用Kelvin连接
  4. 使用大面积GND铜箔提高散热

四、性能优化技巧

  1. 效率提升‌:
    • 轻载时选择Eco-mode可降低静态电流至120μA
    • 选用低DCR电感和低ESR电容减少损耗
  2. 热管理‌:
    • 在SOT-5X3封装底部使用thermal via阵列
    • 环境温度70°C时,2A负载下结温约:
      TJ = TA + PD × RθJA = 70 + (0.5W × 70°C/W) = 105°C
  3. 软启动配置‌:
    当选择外部软启动时:
    tSS(ms) = 3.5 × CSS(nF) × 0.6V / 6.6μA
    推荐CSS≥4nF

五、应用场景

TPS562212特别适合以下应用:

  1. 消费电子‌:智能音箱、数字电视、机顶盒
  2. 网络设备‌:路由器、交换机、宽带网关
  3. 工业系统‌:监控设备、测试仪器
  4. 计算设备‌:FPGA/ASIC电源、存储器供电

六、设计支持资源

  1. WEBENCH®设计工具‌:TI官网提供在线设计支持
  2. 评估模块‌:TPS562212EVM(参考设计RθJA=70°C/W)
  3. 仿真模型‌:PSpice和TINA-TI模型可用
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