说明
此 TPSM64406 评估板展示了采用多相单输出配置、具有集成功率 MOSFET 和电感器的多个 TPSM64406 直流/直流降压模块的特性和性能。EVM 可提供能够带动高达 12A 电流的单个输出。输出电压可以单独编程为 3.3V 或 5V 固定电压，也可以使用外部反馈电阻和跳线进行调节。
满负载时的默认开关频率编程为 1MHz。轻负载时的开关模式可以在 FPWM 和 PFM 模式之间选择。可通过选择跳线来启用或禁用每个通道。最后，还可以通过选择配置电阻来启用或禁用展频。TPSM64406EVM-4PH 在设计上可在单个 PCB 设计中展示两个堆叠器件的全部功能。
特性
- 功能安全型
- 多功能双路输出电压或多相单路输出同步降压模块
- 集成 MOSFET、电感器和控制器
- 6.3V 至 36V 的宽输入电压范围
- 可调输出电压范围为 0.8V 至 16V
- 6.5mm × 7.0mm × 2mm 超模压封装
- -40°C 至 125°C 的结温范围
- 负输出电压能力
- 在整个负载范围内具有超高效率
- 94%+ 峰值效率
- 具有用于提升效率的外部偏置选项
- 外露焊盘可实现低热阻抗。EVM θJA = 20°C/W。
- 超低的 EMI 传导和辐射信号
- 具有双输入路径和集成电容器的低噪声封装可降低开关振铃
- 输入 EMI 滤波器，带有用于并联阻尼的电解电容器
- 电阻器可选展频
- 恒定频率 FPWM 运行模式
- 符合 CISPR 11 和 32 B 类发射要求
- 可扩展电源的理想选择
- 4 层 2 盎司 PCB 设计
- 固有保护特性，可实现稳健设计
- 精密使能输入和漏极开路 PGOOD 指示器（用于时序、控制和 VIN UVLO）
- 过电流和热关断保护
- 使用 TPSM64406 并借助 WEBENCH® 设计工具创建定制设计。
TPSM64406EVM-4PH 电路板（顶视图）1 评估模块概述
1.1 简介
TPSM64406 是一种高度集成的支持 36V 输入的直流/直流设计，它将多个功率 MOSFET、一个屏蔽式电感器和多个无源器件结合在增强型 HotRod™ QFN 封装中。该器件采用交错式、可堆叠的电流模式控制架构来支持双路输出或高电流单路输出，以实现简单环路补偿、快速瞬态响应、出色的负载调整率和线性调整率，以及准确的电流共享，输出时钟支持多达六相（电流高达 18A）。该模块的 VIN 和 VOUT 引脚位于封装的边角处，可优化输入和输出电容器的放置。模块下方具有一个大的散热焊盘，可在制造过程中实现简单布局和轻松处理。TPSM64406 具有 1V 到 16V 的输出电压，旨在快速、轻松地实现小尺寸 PCB 的低 EMI 设计。总体设计仅需六个外部元件，并省去了设计流程中的磁性元件选型。尽管针对空间受限型应用采用了简易的小尺寸设计，但 TPSM64406 模块还提供了许多特性来实现稳健的性能：具有迟滞功能的精密使能端可实现输入电压 UVLO 调节，而展频可改善 EMI。与集成式 VCC、自举和输入电容器一起使用，可提高可靠性和密度。该模块可配置为在整个负载电流范围 (FPWM) 内保持恒定的开关频率，也可配置为可变频率 (PFM) 以提高轻负载效率，包括用于时序控制、故障保护和输出电压监测的 PGOOD 指示器。
1.2 套件内容
- TPSM64406 器件（U1、U2）
- BSR280A 四相单路输出 EVM 板
1.3 规范
| 参数 | 测试条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 输入特性 | |||||
| 输入电源电压范围 | VIN 范围 | 6(3) | 36 | V | |
| VIN_EMI 范围 | 12 | 36 | V | ||
| 输入电流 | VIN 处的输入电流 | 12 | A | ||
| VIN_EMI 处的输入电流 | 8 | A | |||
| 输出特性(1) | |||||
| 输出电压 | 可选 5.0V | 4.9 | 5.0 | 5.1 | V |
| 输出电压 | 可选 3.3V | 3.234 | 3.3 | 3.366 | V |
| 输出电流 | 0 | 6 | A | ||
| 系统特性 | |||||
| 默认开关频率，fSW | 2.1 | MHz | |||
| 满负载效率(2) | VIN = 12V，IOUT1 = 12A | 91% | |||
| VIN = 24V，IOUT = 12A | 87% | ||||
1.4 器件信息
| 器件型号 | 额定值 IOUT | 封装 | 尺寸 |
|---|---|---|---|
| TPSM64404(-Q1) | 双路 2A/2A 或可堆叠 4A | 增强型 QFN (25) | 6.50mm × 7.0mm |
| TPSM64406(-Q1) | 双路 3A/3A 或可堆叠 6A |
2 硬件
2.1 EVM 连接
在提供 ESD 保护的工作站上工作时，请确保在为 EVM 加电之前已连接所有腕带、靴带或垫子，从而将用户接地。
图 2-1 EVM 测试设置| 标签 | 说明 |
|---|---|
| VIN+ | 正输入电源连接 |
| VIN- | 负输入电源连接 |
| VIN_EMI+ | 用于 EMI 测试的正输入电源连接。此输入的最小工作电压为 12V。 |
| VIN_EMI- | 用于 EMI 测试的负输入电源连接。此输入的最小工作电压为 12V。 |
| VOUT+ | 正输出电源连接 |
| VOUT– | 负输出电源连接 |
| 标签 | 说明 |
|---|---|
| VINS+ | 用于测量效率的正输入检测引脚。 |
| VINS– | 用于测量效率的负输入检测引脚。 |
| VOUTS+ | 用于测量效率以及线路和负载调节的正输出检测引脚。 |
| VOUTS– | 用于测量效率以及线路和负载调节的负输出检测引脚。 |
| GND | 接地参考点。 |
| 模式 | 轻负载开关模式选择。连接引脚 1 和引脚 2 以实现 FPWM 模式。连接引脚 2 和引脚 3 以实现 AUTO 模式。向 SYNC 施加外部同步脉冲时，移除所有跳线。 |
| VSEL | 输出电压选择。连接引脚 1 和引脚 2 以获取固定 5V 输出。连接引脚 2 和引脚 3 以获取固定 3.3V 输出。使用外部电阻分压器对调节目标进行编程时，请移除所有跳线。安装外部反馈电阻分压器。 |
| PG | 指示电源正常的探测点。一个上拉电阻器连接到 VCC。 |
2.2 EVM 设置
使用位于电源端子块附近的 VINS+ 和 VINS– 测试点以及 VOUT1S+、VOUT1S–、VOUT2S+、VOUT2S– 测试点作为电压监测点，通过连接电压表来分别测量输入和输出电压。请勿将这些检测端子用作输入电源或输出负载连接点。连接到这些检测端子的 PCB 迹线不能支持高电流。在向 EVM 供电之前，请确保已在合适的位置放置了跳线，以获得所需输出电压。请务必在更改跳线设置之前移除输入电源。在接触任何可能带电或通电的电路时，请务必小心。
在高输出电流下长时间运行会使元件温度升高到 55°C 以上。为避免烧伤风险，请在断开电源后不要触摸元件，直到充分冷却为止。输入电源和输出电气负载的线规必须至少为 9AWG，且长度不得超过 1 英尺。请拧紧输入和输出端子螺钉，以尽量减少接触电阻。
2.2.1 输入接头
- 在 VINS+ 和 VINS– 处连接电压表 1。
- 将电流表 1 连接至 VIN+。
- 在连接电源之前，将电源的电流限制设置为最大 0.3A，并确保将初始输出电压设置为 0V。如图 3-1 所示连接 VIN- 和电流表 1。
2.2.2 输出接头
- 在 VOUTS+ 和 VOUTS– 检测点处连接电压表，以测量输出电压。
- 将负载连接到 VOUT+ 和 VOUT– 接头，如图 3-1 所示。在施加输入电压之前，将负载设置为恒阻模式或恒流模式，电流为 0A。
3 实现结果
3.1 测试设备
电源：连接至 VIN(-) 和电流表 1。电源必须能够供应 16A 电流。必须能够在 6V 至 36V 范围内调节电压。
万用表：
- 电压表 1：测量 VINS+ 至 VINS– 的输入电压。
- 电压表 2：测量 VOUTS+ 至 VOUTS– 的输出电压。
- 电流表：测量输入电流。连接到电源和 VIN(+)。
电子负载：
- 负载：连接到 VOUT(+) 和 VOUT(-)。电子负载必须能够灌入 12A 电流。
3.2 测试数据和性能曲线
除非另有说明，否则 VIN = 12V，VOUT= 5V，IOUT = 12A 且 FSW = 1MHz。
3.2.1 效率和负载调节性能
图 3-1 效率，VOUT = 3.3V，FPWM 模式
图 3-3 效率，VOUT = 5.0V，FPWM 模式
图 3-5 负载调节，VOUT = 3.3V，FPWM 模式
图 3-7 负载调节，VOUT = 5.0V，FPWM 模式
图 3-2 效率，VOUT = 3.3V，AUTO 模式
图 3-4 效率，VOUT = 5.0V，AUTO 模式
图 3-6 负载调节，VOUT = 3.3V，AUTO 模式
图 3-8 负载调节，VOUT = 5.0V，AUTO 模式