TPSM852892：高效集成的降压 - 升压电源模块解析

在电子设计领域，电源模块的性能和可靠性至关重要。今天，我们要深入探讨一款功能强大的电源模块——TPSM852892，它具备诸多先进特性，能为各种应用提供稳定、高效的电源解决方案。

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一、产品概述

TPSM852892 是一款高度集成的 6A 降压 - 升压 DC - DC 模块，集成了四个 MOSFET 开关和一个功率电感器，适用于将电池电压或适配器电压转换为电源轨。其输入电压范围为 3.0V 至 36V，输出电压范围为 0.8V 至 22V，可根据输入和输出电压在降压、降压 - 升压和升压模式之间平滑切换。

二、产品特性亮点

（一）ZEN 2 开关技术

• EMI 优化：该技术有助于满足 CISPR 32 类 B 标准，集成了 VIN、VOUT、BOOT1 和 BOOT2 旁路电容器，有效降低 EMI。同时，优化的引脚布局可将环路电感降至最低，还提供可选的可编程扩频功能，进一步减少 EMI 峰值。
• 频率控制：采用固定频率控制，开关频率可通过外部电阻在 400kHz 至 1MHz 之间编程，也可同步到外部时钟，避免频率干扰和串扰。

（二）宽电压范围与高精度

• 输入输出范围：宽输入电压范围（3.0V 至 36V）和可编程输出电压范围（0.8V 至 22V），能适应多种电源输入和负载需求。
• 高精度：参考电压精度达到 ±1%，输出电流监测精度为 ±5%，可对电缆上的电压降进行可调输出电压补偿。

（三）高效与节能

• 全负载范围高效：在整个负载范围内都能保持高效率，例如在 (V{OUT }=20 ~V) 和 (I{OUT }=2.5 ~A) 时，效率可达 96%。
• 轻载模式：支持可编程 PFM 和 FPWM 模式，在轻载条件下可降低开关损耗，提高效率。

（四）丰富保护功能

• 过压保护：具备输出过压保护功能，当输出电压超过阈值时，关闭高端 FET，防止设备损坏。
• 短路保护：采用打嗝模式进行输出短路保护，减少功率组件发热。
• 过流保护：平均电感电流限制为 6A，还有逐周期峰值电流限制，保护设备免受过流损坏。
• 热关断保护：当内部结温超过 175°C 时，热关断电路将关闭设备，温度下降后自动重启。

（五）小尺寸封装

采用 7.5mm × 7.7mm × 3.8mm 的 QFN 封装，节省电路板空间，适合对尺寸要求较高的应用。

三、引脚配置与功能

TPSM852892 共有 71 个引脚，每个引脚都有特定的功能，以下是一些关键引脚的介绍：

• VIN：降压 - 升压模块输入引脚，支持 3.0V 至 36V 的输入电压。
• VOUT：降压 - 升压模块输出引脚，输出电压范围为 0.8V 至 22V。
• EN/UVLO：兼具使能逻辑输入和可编程输入欠压锁定（UVLO）功能，逻辑高电平使能设备，逻辑低电平将设备置于关断模式。
• FB：连接到电阻分压器中心，用于编程输出电压。
• FSW：通过连接到 AGND 引脚的电阻来编程开关频率。
• PG：电源良好指示开漏输出，当输出电压高于设定输出电压的 95% 时，输出高阻抗；低于 90% 时，输出低电平。

四、规格参数

（一）绝对最大额定值

在工作结温范围内，各引脚的电压和温度都有相应的限制，如 VIN、SW1、L1 的电压范围为 - 0.3V 至 42V，工作结温范围为 - 40°C 至 150°C 等。超出绝对最大额定值可能会导致设备永久性损坏。

（二）ESD 评级

人体模型（HBM）为 ±2000V，带电设备模型（CDM）为 ±500V，设计时需注意静电防护。

（三）推荐工作条件

输入电压范围为 3.0V 至 36V，输出电压范围为 0.8V 至 22V，输入电容范围为 4.7µF 至 22µF，输出电容范围为 10µF 至 1000µF，工作结温范围为 - 40°C 至 125°C。

（四）热信息

结到环境的热阻为 20.8°C/W，有助于评估设备的散热性能。

（五）电气特性

涵盖了电源、使能、输出、参考电压、功率开关等多个方面的参数，如输入电压范围、欠压锁定阈值、静态电流、输出过压保护阈值等，为电路设计提供了详细的参考。

五、详细功能描述

（一）工作模式

• 降压模式：当输入电压大于输出电压时，设备工作在降压模式。
• 升压模式：当输入电压小于输出电压时，设备切换到升压模式。
• 降压 - 升压模式：当输入电压接近输出电压时，设备交替进行一周期降压和一周期升压操作。

（二）控制方案

采用平均电流模式控制方案，具有简化的环路补偿、对负载瞬变的快速响应和固有的线电压抑制能力。内部振荡器可在 400kHz 至 1MHz 范围内配置，也可同步到外部时钟。

（三）电源供应

• VCC 电源：内部 LDO 输出 5.2V 电压，根据输入和输出电压选择合适的电源源。
• EXTVCC 电源：当输入和输出电压都较高时，可通过连接外部 5V 电源来降低内部 LDO 的功耗。

（四）保护功能实现

• 输入欠压锁定：当输入电压低于 2.6V 时，设备禁用；高于 3V 且 EN 引脚拉高时，设备可启用。
• 软启动：输入电压高于 UVLO 阈值且 EN/UVLO 引脚电压高于使能 UVLO 阈值时，输出电压在 3.6ms 内从 0V 升至 1.2V。
• 过流保护：通过平均电感电流限制和逐周期峰值电流限制来保护设备。
• 输出短路保护：采用打嗝模式，短路时关闭开关 76ms，然后重新软启动。

六、应用与设计

（一）应用领域

适用于激光测距仪、电动手术工具、参数测量单元（PMU）等多种设备。

（二）典型应用设计

以 12V 电源，9V 至 36V 输入电压为例，详细介绍了设计步骤：

• 开关频率：通过 FSW 引脚的电阻设置开关频率，为降低开关损耗，选择 49.9kΩ 电阻实现 400kHz 开关频率。
• 输出电压设置：使用外部电阻分压器设置输出电压，根据参考电压和输出电压计算电阻值。
• 输入电容：在降压模式下，输入电容需提供高纹波电流，推荐使用陶瓷电容和铝电解电容组合。
• 输出电容：在升压模式下，输出电容传导高纹波电流，需根据输出电压纹波要求选择合适的电容。
• 输出电流限制：通过在 ISP 和 ISN 引脚之间放置电流感测电阻来设置输出电流限制。
• 环路稳定性：采用平均电流控制方案，内部电流环使用内部补偿，外部电压环需要外部补偿，通过计算功率级和控制部分的传递函数来设计补偿网络。

（三）布局设计

布局对于开关电源的性能至关重要，以下是一些布局准则：

• 靠近 VIN/VOUT 引脚放置 0.1μF 小封装陶瓷电容，减少高频电流环路。
• 在 PGND 引脚附近使用多个 GND 过孔连接到内部接地平面，提高热性能。
• 最小化 SW1 和 L1、SW2 和 L2 的环路面积，使用接地平面减少层间耦合。
• 对电流感测信号 ISP 和 ISN 使用 Kelvin 连接，并将滤波电容靠近 IC 引脚放置。
• 将 VCC 电容靠近 IC 放置，通过三到四个过孔将其 GND 端直接连接到 PGND 平面。
• 隔离功率地和模拟地，在 VCC 电容终端连接 PGND 平面和 AGND 平面。
• 将补偿组件靠近 COMP 引脚放置，远离功率组件和大电流走线。
• 使用热过孔将 VIN 引脚和 VOUT 引脚分别连接到大面积的 VIN 和 VOUT 区域，提高热性能。

七、总结

TPSM852892 是一款功能强大、性能优越的降压 - 升压电源模块，具有宽电压范围、高效、丰富的保护功能和小尺寸封装等优点。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择参数和进行布局设计，以充分发挥其性能优势。各位工程师在使用过程中，不妨多思考如何根据不同的应用场景优化设计，以达到最佳的电源解决方案。你在电源模块设计中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享交流。