TPSM84624电源模块：高效集成的电源解决方案

在电子设计领域，电源模块的性能直接影响到整个系统的稳定性和效率。今天我们要介绍的是德州仪器（TI）的TPSM84624电源模块，它为众多应用提供了高效、可靠的电源解决方案。

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一、产品概述

TPSM84624是一款输入电压范围为4.5V至17V，输出电压范围为0.6V至10V，最大输出电流为6A的电源模块。它采用了集成电感的电源解决方案，将6A的DC/DC转换器、功率MOSFET、屏蔽电感和无源元件集成在一个7.5mm × 7.5mm × 5.3mm的QFM封装中，所有引脚都可从封装周边访问，方便进行PCB布局。

二、产品特性

1. 高效集成

集成电感的设计大大减少了外部元件的数量，使得设计更加简洁。同时，该模块具有高达96%的效率，能够有效降低功耗，提高系统的能源利用率。

2. 宽输入输出电压范围

4.5V至17V的输入电压范围和0.6V至10V的输出电压范围，使其能够适应多种不同的应用场景。无论是电信和无线基础设施、工业自动化测试设备，还是企业交换和存储应用，TPSM84624都能提供稳定的电源输出。

3. 可调节开关频率

开关频率可在200kHz至1.6MHz之间进行调节，用户可以根据具体的设计需求选择合适的频率，以优化效率和性能。此外，该模块还支持与外部时钟同步，方便在多模块系统中实现同步操作。

4. 超快负载阶跃响应

TurboTrans™功能可实现超快的负载阶跃响应，在负载变化时能够快速调整输出电压，减少输出电压的偏差，同时降低对外部输出电容的需求。

5. 其他特性

• Power-Good输出：用于指示输出电压是否在规定范围内，方便系统进行电源监控和管理。
• EMI性能：满足EN55011 Class B辐射EMI限制，减少电磁干扰，提高系统的可靠性。
• 宽工作温度范围：工作环境温度范围为 -40°C至 +105°C，结温范围为 -40°C至 +150°C，能够适应各种恶劣的工作环境。

三、引脚配置与功能

TPSM84624采用24引脚的QFM封装，各引脚具有不同的功能，以下是一些主要引脚的介绍：

• AGND：模拟地，为内部参考和逻辑提供零电压参考，应通过PCB上的模拟接地平面相互连接。
• EN：使能引脚，浮空或拉高可使能设备，通过连接电阻分压器可实现可调欠压锁定和迟滞功能。
• FB：反馈输入引脚，用于连接输出电压反馈电阻分压器，以调节输出电压。
• PGND：功率地，是设备功率级的返回电流路径，应通过PCB上的功率接地平面连接到输入源、负载和旁路电容。
• PGOOD：Power-Good标志输出，开漏输出，当输出电压超出PGOOD阈值、VIN低于UVLO阈值、EN为低电平、设备处于热关断或软启动状态时，该引脚输出低电平。
• RT/CLK：开关频率设置引脚，在RT模式下，通过外部定时电阻调节开关频率；在CLK模式下，设备与外部时钟输入同步。
• SS/TR：软启动和跟踪引脚，连接外部电容可调整输出电压的软启动斜坡，施加电压可实现跟踪和顺序控制。

四、规格参数

1. 绝对最大额定值

TPSM84624的绝对最大额定值规定了设备能够承受的最大应力，例如输入电压范围为 -0.3V至19V，EN、PGOOD、SS/TRK、RT/CLK、FB引脚的电压范围为 -0.3V至6.5V等。在设计时，必须确保设备的工作条件不超过这些额定值，以避免对设备造成永久性损坏。

2. ESD额定值

该模块具有一定的静电放电（ESD）保护能力，人体模型（HBM）的ESD额定值为 +1500V，带电器件模型（CDM）的ESD额定值为 ±1250V。在使用过程中，仍需注意静电防护，避免ESD对设备造成损害。

3. 推荐工作条件

推荐的输入电压范围为4.5V至17V，输出电压范围为0.6V至10V，输出电流最大为6A。在这些条件下，设备能够稳定工作，并发挥最佳性能。

4. 热信息

TPSM84624的热性能参数包括结到环境的热阻（RθJA）、结到顶部的表征参数（ψJT）和结到板的表征参数（ψJB）。这些参数可用于评估设备在不同工作条件下的温度分布，从而进行合理的散热设计。

5. 电气特性

在 -40°C至 +105°C的环境温度下，当VIN = 12V，VOUT = 1.2V，IOUT = IOUT max，fsw = 450kHz时，该模块具有良好的电气性能。例如，输入电压范围为4.5V至17V，输出电压调整范围为0.6V至10V，效率最高可达96%等。

6. 开关特性

开关频率范围为200kHz至1.6MHz，最小导通时间为140ns，最小关断时间为100ns。这些特性对于设计开关电源的控制策略非常重要。

五、详细特性描述

1. 输出电压调节

通过连接到FB引脚的电阻分压器可以对输出电压进行编程，输出电压调节范围为0.6V至10V。推荐的RFBT值为10kΩ，RFBB的值可以通过公式计算或从标准组件值表中选择。

2. 开关频率设置

开关频率可以通过连接在RT引脚和AGND之间的电阻（RRT）进行设置，也可以与外部时钟同步。在选择开关频率时，需要根据设备的输出电压设置和工作输入电压进行合理选择。

3. 同步功能

TPSM84624的开关频率可以与200kHz至1.6MHz的外部时钟同步。内部的锁相环（PLL）可以实现同步功能，并在RT模式和CLK模式之间轻松切换。

4. 输出开/关控制

EN引脚提供设备的电气开/关控制。当EN引脚电压超过阈值电压时，设备开始工作；当EN引脚电压低于阈值电压时，调节器停止开关并进入低工作电流状态。

5. 输入电容选择

TPSM84624需要至少20µF的陶瓷输入电容，对于有瞬态负载要求的应用，建议额外增加100µF的非陶瓷电容。输入电容的电压额定值应大于最大输入电压，以确保设备的正常工作。

6. 输出电容选择

输出电容的最小需求量取决于输出电压，可由陶瓷电容或陶瓷与低ESR聚合物电容的组合组成。在选择输出电容时，需要考虑电容的质量、电容值和ESR等因素，以确保设备的稳定运行和优化的瞬态性能。

7. TurboTrans功能

TurboTrans功能可以优化转换器的瞬态响应，同时减少满足目标电压偏差规格所需的外部输出电容数量。通过在TT引脚和AGND之间连接TurboTrans电阻（RTT），可以根据输出电容的数量和类型来设置TPSM84624的响应。

8. 欠压锁定（UVLO）

TPSM84624在VIN引脚上实现了内部UVLO电路，当VIN引脚电压低于内部VIN UVLO阈值时，设备将被禁用。用户可以通过在EN引脚添加外部电阻分压器来调整UVLO阈值。

9. 软启动（SS/TR）

将SS/TR引脚悬空可启用约1.25ms的内部软启动时间间隔，通过在SS引脚和AGND之间添加额外的电容可以增加软启动时间，减少输入源的浪涌电流和设备在充电输出电容时的电流。

10. 顺序控制（SS/TR）

通过使用SS/TR、EN和PGOOD引脚，可以实现多种常见的电源顺序控制方法。例如，将第一个设备的PGOOD引脚连接到第二个设备的EN引脚，可以在主电源达到稳定后启用第二个电源。

11. Power Good（PGOOD）

PGOOD引脚是一个开漏输出，需要外部上拉电阻才能输出高电平。当输出电压在设定点电压的91%至106%之间，且SS/TR大于0.75V时，PGOOD引脚释放下拉并浮空。

12. 安全启动到预偏置输出

该设备设计用于防止低侧MOSFET对预偏置输出进行放电。在单调预偏置启动过程中，低侧MOSFET在SS/TR引脚电压高于FB引脚电压且高侧MOSFET开始切换之前不允许吸收电流。

13. 过流保护

TPSM84624通过逐周期电流限制来保护设备免受负载故障引起的过流情况。在长时间过流情况下，设备将进入打嗝模式，以减少功耗。

14. 热关断

当结温超过170°C时，内部热关断电路将强制设备停止切换。当结温下降到155°C以下时，设备将重新启动。

六、应用与实现

1. 应用信息

TPSM84624是一款固定频率、同步降压DC/DC电源模块，可将较高的DC电压转换为较低的DC电压，最大输出电流为6A。用户可以使用设计程序选择组件，也可以使用WEBENCH®软件生成完整的设计。

2. 典型应用

TPSM84624只需要几个外部组件就可以将宽输入电压范围转换为宽范围的输出电压。在典型应用中，需要根据设计要求选择合适的输入电容、输出电容、开关频率设置电阻和TurboTrans电阻等组件。

七、电源供应建议

TPSM84624设计用于在4.5V至17V的输入电压范围内工作，输入电源必须具有良好的调节能力，能够承受最大输入电流并保持稳定的电压。如果输入电源距离TPSM84624较远，可能需要额外的大容量电容来减少输入电流瞬变引起的电压降。

八、布局设计

PCB布局对于开关电源的性能至关重要。为了实现最佳的电气和热性能，需要遵循以下布局准则：

• 使用大面积的铜区域作为电源平面（VIN、VOUT和PGND），以减少传导损耗和热应力。
• 将陶瓷输入和输出电容靠近设备引脚放置，以减少高频噪声。
• 在陶瓷电容和负载之间放置额外的输出电容。
• 保持AGND和PGND分开，通过内部连接。
• 将RFBB、RRT和Css尽可能靠近各自的引脚放置。
• 使用多个过孔将电源平面（VIN、VOUT和PGND）连接到内部层。

九、设备与文档支持

1. 设备支持

TI提供了丰富的设备支持资源，包括WEBENCH® Power Designer工具，用户可以使用该工具创建自定义设计，优化设计参数，并进行电气和热仿真。

2. 文档更新通知

用户可以在ti.com上注册，以接收文档更新的通知，及时了解产品信息的变化。

3. 社区资源

TI的E2E™在线社区为工程师提供了一个交流和协作的平台，用户可以在社区中提问、分享知识和解决问题。

十、总结

TPSM84624电源模块以其高效集成、宽输入输出电压范围、可调节开关频率、超快负载阶跃响应等特性，为电子工程师提供了一个优秀的电源解决方案。在实际应用中，合理选择组件、优化PCB布局和遵循设计准则，可以充分发挥该模块的性能，提高系统的稳定性和效率。你在使用TPSM84624电源模块时遇到过哪些问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。