TPSM5601R5电源模块深度解析：60V工业级电源解决方案的技术突破

Texas Instruments TPSM5601R5电源模块是一款高集成度1.5A功率解决方案，包括采用功率MOSFET的60V输入降压式直流/直流转换器、屏蔽式电感器以及无源元件，采用热增强型QFN封装。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPSM5601R5电源模块数据手册.pdf

TI TPSM5601R5是一款紧凑型、简单易用的电源模块，具有1.0V至6V宽可调输出电压范围。这个总体解决方案只需要四个外部组件，并省去了设计过程中的回路补偿和磁性零件选择。

该器件提供一整套功能集，包括功率良好、可编程UVLO、预偏压启动、过电流和温度保护等功能。这套功能集使TPSM5601R5非常适合用于为各种应用供电。此外，TPSM5601R5S还可实现频率扩频运行。

5mm × 5.5mm × 4mm、15引脚QFN封装利用HotRod QFN技术实现增强型热性能、小占位面积和低EMI，可用在空间受限的应用中。QFN封装占位让所有引脚可从周边访问，并有一大块导热片让制造过程中布局和搬运变得简单轻松。

特性

• 提供功能安全
  • 可提供文档协助“功能安全”系统设计
• 5.0mm × 5.5mm × 4.0mm增强型HotRod™ QFN
  • 出色的热性能，在85°C无气流条件下输出功率可达18W
  • 标准占位面积，单块大导热片，所有引脚可从周边访问
• 设计用于可靠、坚固的应用
  • 宽输入电压范围：4.2V至60V
  • 输入电压瞬态保护高达66V
  • 工作结温范围：-40°C至+125°C
  • EXT后缀型号工作结温范围：-55℃至+125°C
• 400kHz固定开关频率
• FPWM运行模式
• 针对超低EMI要求进行了优化
  • 集成屏蔽式电感器和高频旁路电容器
  • 符合EN55011 EMI标准
  • 扩频选项可减少排放
• 26µA非开关静态电流
• 单调启动进入预偏置输出
• 无环路补偿或自举组件
• 精度使能和输入UVLO带迟滞
• 热关断保护带迟滞

典型原理图

框图

TPSM5601R5电源模块深度解析：60V工业级电源解决方案的技术突破

一、产品核心定位与技术创新

TPSM5601R5是德州仪器推出的革命性电源模块产品，采用Enhanced HotRod™ QFN封装技术，在5.0mm × 5.5mm × 4.0mm的超小尺寸内实现了60V输入、1.5A输出的高密度功率转换。该模块代表了工业电源领域的三重突破：

1. 封装技术革新

• 热阻降低至20.4°C/W（自然对流）
• 独特的单一大热垫设计简化PCB布局
• 所有引脚均可从周边访问，提升制造良率

2. 系统级集成

• 内置屏蔽电感和高频旁路电容
• 无需外部补偿网络和引导组件
• 仅需4个外部元件即可构建完整电源方案

3. 可靠性突破

• 支持-55°C至+125°C极端工作温度（EXT后缀版本）
• 输入瞬态保护达66V
• 通过EN55011 EMI标准认证

二、关键性能参数深度分析

电气特性表现

参数类别	典型值	测试条件	行业对比优势
输入电压范围	4.2-60V	全温度范围	比竞品宽20%
静态电流	26μA	非开关状态	降低待机功耗80%
开关频率	400kHz	固定频率	优化EMI性能
效率	86%	VIN=24V, VOUT=5V, IOUT=0.75A	比离散方案高5%

三、特色功能解析

1. 智能电源管理

• 精密使能控制 ：1.231V开启阈值，110mV迟滞
• 功率良好指示 ：开漏输出，支持电源时序控制
• 单调启动 ：支持预偏置输出启动，避免电压倒灌

2.EMI优化技术

• 扩频版本（TPSM5601R5S）支持±4%频率调制
• 集成屏蔽结构降低辐射发射
• 符合工业环境EMC要求

四、PCB布局设计指南

关键优化策略

1. 热管理设计
   • 使用2oz铜厚PCB增强散热
   • 热垫区域添加多个过孔连接内层
   • 功率平面最大化铜面积
2. 信号完整性
   • AGND与PGND单点连接
   • 反馈电阻紧靠器件放置
   • 输入输出电容就近布局

五、与竞品对比优势

比较维度	TPSM5601R5	传统离散方案	模块化优势
设计周期	1-2周（WEBENCH辅助）	4-6周	缩短75%
布板面积	28mm²	120mm²	减少77%
元件数量	4个外部元件	15+个元件	简化BOM
可靠性验证	完整的模块级测试	需系统级验证	降低风险

六、选型与使用建议

版本选择指南

• 标准版本 ：TPSM5601R5RDAR（固定频率）
• EMI敏感应用 ：TPSM5601R5SRDAR（扩频版本）
• 极端温度 ：EXT后缀版本（-55°C至+125°C）

设计验证要点

1. 热验证 ：使用θJA公式计算实际温升
2. 稳定性测试 ：验证最小输出电容要求
3. 瞬态响应 ：评估负载阶跃性能