TPSM8A28和TPSM8A29降壓電源模塊：高效與小尺寸的完美結合

在電子設計的領域中，電源模塊的性能和尺寸往往是工程師們關注的重點。今天，我們就來深入探討一下德州儀器（TI）推出的TPSM8A28和TPSM8A29降壓電源模塊，看看它們是如何在高效和小尺寸之間取得平衡的。

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產品特性亮點

寬輸入輸出范圍

TPSM8A28的輸入電壓范圍為3V至16V，最大輸出電流可達12A；TPSM8A29的輸入電壓范圍為4V至16V，最大輸出電流為15A。當使用外部偏置時，輸入范圍可擴展至2.7V至16V，外部偏置電壓范圍為4.75V至5.3V，輸出電壓范圍為0.6V至5.5V。這種寬范圍的輸入輸出特性，使得它們能夠適應多種不同的應用場景。

集成化設計

這兩款模塊集成了MOSFET、電感器和基本無源元件，無需外部補償，大大減小了解決方案的尺寸。這種集成化設計不僅節省了電路板空間，還降低了設計的復雜度，提高了系統的可靠性。

先進的控制模式

采用D - CAP3?控制模式，具有快速的負載階躍響應能力，能夠支持所有陶瓷輸出電容器。同時，0.6V參考電壓在 - 40°C至 + 125°C的結溫范圍內具有±1%的容差，保證了輸出電壓的穩定性和準確性。

靈活的工作模式

支持可選的FCCM或自動跳過Eco - mode?，可在輕載時實現高效率。此外，還具有可編程的電流限制、引腳可選的開關頻率（600kHz、800kHz、1MHz）、差分遠程感應、可編程軟啟動時間、外部參考輸入跟蹤、預偏置啟動能力、開漏電源良好輸出等功能，為工程師提供了更多的設計靈活性。

詳細功能解析

內部VCC LDO和外部偏置

模塊內部有4.5V的LDO，當VIN電壓高于VINUVLO上升閾值且EN電壓高于使能閾值時，LDO啟用并調節VCC引腳的輸出電壓。VCC引腳內部集成了旁路電容，無需外部旁路。使用外部偏置時，若在EN信號之前施加外部偏置，可強制關閉內部LDO，提高轉換器效率。但要注意電源的上電和下電順序，避免因VCC引腳電流過大而導致LDO關閉。

使能功能

當EN引腳電壓高于使能閾值（典型值1.22V）且VIN高于VINUVLO上升閾值時，設備進入內部上電序列。使用內部VCC LDO和外部偏置時，上電序列略有不同，但都包括VCC充電、上電延遲和軟啟動三個步驟。EN引腳有內部濾波器和下拉電阻，可避免因小干擾而意外開關，但在正常工作時，下拉電阻的抗干擾能力可能不足。

輸出電壓設置

輸出電壓通過電壓分壓器電阻RFB_HS和RFB_LS進行編程。FB精度受內部600mV參考電壓和SS/REFIN - to - FB精度的影響。為提高Vout精度，建議使用±1%精度或更高的電阻。同時，無論采用遠程感應還是單端感應，FB電壓分壓器都應盡可能靠近設備放置。

遠程感應功能

通過FB和VSNS–引腳實現遠程感應功能，可補償PCB跡線上的電壓降，保持輸出電壓的穩定性。在遠程感應時，連接FB電壓分壓器電阻的PCB跡線寬度至少為12mil，并采用Kelvin感應，同時要注意遠離噪聲源，可使用接地平面進行屏蔽。單端感應時，將較高的FB電阻連接到高頻本地旁路電容，并將VSNS–短接到AGND。

軟啟動功能

支持內部固定軟啟動（1.5ms）和外部可調軟啟動。通過在SS/REFIN和VSNS–引腳之間添加軟啟動電容，可以增加軟啟動時間。在內部上電延遲期間，SS/REFIN引腳會內部放電，確保軟啟動斜坡從零開始。

外部REFIN用于輸出電壓跟蹤

SS/REFIN引腳可接受外部參考電壓，當施加外部參考時，FB電壓將跟隨該外部電壓。在內部上電延遲期間，會檢測SS/REFIN引腳的電壓，以確定是否使用外部參考。為確保正確檢測外部參考，建議在EN高信號之前施加穩定的DC外部參考。

頻率和操作模式選擇

TPSM8A29提供強制CCM操作和自動跳過Eco - mode，用戶可以通過將MODE引腳連接到AGND引腳的電阻來選擇開關頻率和操作模式。MODE狀態在內部上電延遲期間設置并鎖定，之后更改MODE引腳電阻不會改變設備狀態。

D - CAP3?控制

D - CAP3?控制架構通過內部紋波生成網絡，模擬電感電流信息，并與電壓反饋信號相結合來調節環路操作。該架構無需外部電流傳感網絡或電壓補償器，能夠適應低ESR輸出電容器。在選擇輸出濾波器的電感和電容時，要確保LC雙極點的位置滿足要求，以保證系統的穩定性。

過流、過壓和欠壓保護

輸出過流限制（OCL）采用逐周期谷底電流檢測控制電路，當檢測到低側FET的漏源電流超過電流限制閾值時，低側FET保持導通，直到電流低于閾值。過壓和欠壓保護通過監測反饋電壓來實現，當FB電壓超出規定范圍時，設備會進入相應的保護模式，如打嗝模式或鎖存關閉模式。

應用與設計實例

典型應用

以TPSM8A29為例，將輸入電壓范圍為9.6V至14.4V轉換為1V輸出，最大負載電流為15A的設計。在這個設計中，選擇了600kHz的開關頻率以最大化效率。

詳細設計步驟

1. 輸出電壓設置：通過電壓分壓器電阻R1和R2設置輸出電壓，推薦R2值為10kΩ，根據公式計算出R1值為6.65kΩ。
2. 電感選擇：模塊內部集成了優化的0.6μH電感。
3. 電流限制設置：通過TRIP電阻設置谷底電流限制，根據公式計算出推薦的電流限制目標和TRIP電阻值。
4. 輸出電容選擇：選擇輸出電容時，需要考慮穩定性、穩態輸出電壓紋波和調節器對負載電流變化的瞬態響應。根據相關公式計算出滿足各項要求的最小和最大輸出電容值，最終選擇了8 × 47μF的陶瓷電容器。
5. 輸入電容選擇：在VIN和PGND引腳之間需要輸入旁路電容，至少需要10μF的陶瓷電容。根據輸入電壓紋波和輸入RMS電流的要求，選擇了2 × 22μF的陶瓷電容器。
6. 軟啟動電容：使用默認的1.5ms軟啟動時間，可通過在SS/REFIN引腳放置電容來擴展軟啟動時間。
7. EN引腳電阻分壓器：通過電阻分壓器設置轉換器的啟動電壓，根據公式計算出上下電阻的值。
8. 其他元件：VCC旁路電容和BOOT電容內部已集成，無需外部添加。PGOOD引腳為開漏輸出，需要上拉電阻，推薦值為1kΩ至100kΩ。

布局與注意事項

布局指南

• 輸入和輸出電容器應放置在PCB的頂層，并插入至少一個實心接地內層平面，以屏蔽和隔離小信號跡線與嘈雜的電源線。
• 至少需要在PGND引腳附近放置十三個PGND過孔，以最小化寄生阻抗和降低熱阻。
• 反饋電阻應始終靠近設備放置，以最小化FB跡線距離。
• 遠程感應時，連接FB電壓分壓器電阻的跡線應滿足一定要求，并遠離噪聲源；單端感應時，按相應方式連接。
• AGND引腳（引腳8）應單點連接到實心PGND平面，可使用公共AGND過孔連接TRIP和MODE電阻。

EMI性能

TPSM8A28和TPSM8A29符合EN55011 Class - A輻射發射標準，在進行EMI測試時，使用標準的TPSM8A29EVM并在輸入線上添加鐵氧體61型磁珠。

總結

TPSM8A28和TPSM8A29降壓電源模塊憑借其寬輸入輸出范圍、集成化設計、先進的控制模式和豐富的保護功能，為電子工程師在低輸出電壓負載點應用中提供了一個高效、可靠的解決方案。在設計過程中，合理選擇外部元件和優化布局，能夠充分發揮這兩款模塊的性能優勢。你在使用類似電源模塊時有沒有遇到過什么挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。