探索 TPS8268x 1600 - mA 高效降壓轉(zhuǎn)換器模塊

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能和尺寸往往是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。今天，我們來深入了解一下 Texas Instruments 推出的 TPS8268x 系列 1600 - mA 高效降壓轉(zhuǎn)換器模塊，看看它能為我們的設(shè)計(jì)帶來哪些驚喜。

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一、產(chǎn)品概述

TPS8268x 是一系列專為小尺寸和低輪廓應(yīng)用而優(yōu)化的完整 DC/DC 降壓電源。該系列包含 TPS8268180、TPS8268150、TPS8268120、TPS8268105 和 TPS8268090 等型號，不同型號對應(yīng)不同的固定輸出電壓，如 TPS8268180 輸出 1.80V，TPS8268150 輸出 1.50V 等。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

2.1 小尺寸與低輪廓設(shè)計(jì)

它將開關(guān)穩(wěn)壓器、電感器以及輸入/輸出電容器集成在一個(gè)封裝內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了僅 (6.7mm^{2}) 的超小解決方案尺寸，并且整體輪廓低于 1mm，非常適合對空間要求苛刻的應(yīng)用。想象一下，在如今追求輕薄便攜的電子設(shè)備中，這樣的小尺寸設(shè)計(jì)能為其他組件留出更多空間，這對于提高設(shè)備的集成度和小型化至關(guān)重要。

2.2 寬輸入電壓范圍與高負(fù)載能力

輸入電壓范圍為 2.5V 至 5.5V，能適應(yīng)多種電源供電，包括鋰離子電池以及 5V 和 3.3V 電源軌。同時(shí)，它能夠支持高達(dá) 1600 - mA 的負(fù)載電流，滿足了許多高功率負(fù)載的需求。

2.3 高精度與高效率

具備 ±1.5% 的直流電壓精度，能為負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。而且效率最高可達(dá) 90%，這意味著在能量轉(zhuǎn)換過程中能夠減少能量損耗，降低發(fā)熱，提高設(shè)備的整體效率和可靠性。

2.4 低 EMI 與出色響應(yīng)

通過擴(kuò)頻 PWM 頻率抖動技術(shù)，有效降低了電磁干擾（EMI），這對于對電磁兼容性要求較高的應(yīng)用，如無線通信設(shè)備等非常重要。此外，它還具有同類最佳的負(fù)載和線路瞬態(tài)響應(yīng)，能快速響應(yīng)負(fù)載變化，保持輸出電壓的穩(wěn)定。

2.5 多重保護(hù)功能

內(nèi)置過流保護(hù)和熱關(guān)斷保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)過流或過熱情況時(shí)，能自動保護(hù)設(shè)備，避免因異常情況導(dǎo)致的損壞，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

三、應(yīng)用場景廣泛

3.1 光學(xué)模塊

光學(xué)模塊對電源的穩(wěn)定性和尺寸有較高要求，TPS8268x 的小尺寸和高精度輸出能夠很好地滿足其需求，確保光學(xué)模塊的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 手機(jī)與智能手機(jī)

在手機(jī)和智能手機(jī)中，空間資源非常寶貴，TPS8268x 的小尺寸設(shè)計(jì)可以節(jié)省主板空間。同時(shí)，其高效率和低 EMI 特性能夠延長電池續(xù)航時(shí)間，并減少對其他組件的干擾。

3.3 固態(tài)硬盤驅(qū)動器

固態(tài)硬盤驅(qū)動器需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)，TPS8268x 的高精度輸出和出色的瞬態(tài)響應(yīng)能夠?yàn)槠涮峁┛煽康碾娫粗С?，保障?shù)據(jù)讀寫的穩(wěn)定性。

3.4 空間受限應(yīng)用

只要是對空間有嚴(yán)格限制的應(yīng)用場景，TPS8268x 都能發(fā)揮其小尺寸的優(yōu)勢，為設(shè)計(jì)帶來更多的靈活性。

四、技術(shù)參數(shù)詳解

4.1 電氣特性

• 輸入電壓范圍：2.5V 至 5.5V，適應(yīng)不同電源供電。
• 輸出電壓：不同型號有固定的輸出電壓，如 1.80V、1.50V 等，且輸出電壓精度較高。
• 靜態(tài)電流：工作靜態(tài)電流為 7mA，關(guān)機(jī)電流典型值為 0.5μA，低功耗設(shè)計(jì)有助于提高設(shè)備的續(xù)航能力。
• 振蕩器頻率：標(biāo)稱振蕩器頻率為 5.5MHz，高頻工作有助于減小外部元件的尺寸。

4.2 保護(hù)特性

• 欠壓鎖定（UVLO）：具有上升閾值為 2.1V（典型）的欠壓鎖定功能，防止在低輸入電壓時(shí)設(shè)備誤操作。
• 短路保護(hù)：當(dāng)檢測到短路情況時(shí)，設(shè)備會自動關(guān)斷，并在約 20μs 后重新啟動，若短路情況仍然存在，則會周期性地以小占空比重新啟動并關(guān)斷，限制輸入電流。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)結(jié)溫超過典型值 140°C 時(shí)，設(shè)備進(jìn)入熱關(guān)斷模式，關(guān)閉功率級；當(dāng)結(jié)溫降至典型值 130°C 以下時(shí)，恢復(fù)正常工作。

五、設(shè)計(jì)與應(yīng)用要點(diǎn)

5.1 輸入電容選擇

由于降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電流具有脈動特性，需要低 ESR 的輸入電容。對于大多數(shù)應(yīng)用，集成在 TPS8268x 內(nèi)的輸入電容已足夠。但若應(yīng)用中開關(guān)頻率存在噪聲或不穩(wěn)定情況，可以嘗試增加額外的輸入陶瓷電容來解決。當(dāng)使用陶瓷電容與電源引線的電感結(jié)合時(shí)，輸出負(fù)載階躍可能在 VIN 引腳產(chǎn)生振鈴，此時(shí)可在轉(zhuǎn)換器輸入和電源引線之間添加額外的“大容量”電容，如電解電容或鉭電容，以減少振鈴。

5.2 輸出電容選擇

TPS8268x 的先進(jìn)快速響應(yīng)電壓模式控制方案允許使用小尺寸的陶瓷輸出電容。低 ESR 的陶瓷電容具有最低的輸出電壓紋波，是推薦的選擇。對于大多數(shù)應(yīng)用，集成在芯片內(nèi)的輸出電容已能滿足需求。為提高大負(fù)載瞬變時(shí)的交流電壓精度，可添加額外的輸出電容，但總有效輸出電容不得超過 30μF。在選擇輸出電容時(shí)，需要考慮電容的 ESL 和 ESR 對輸出電壓紋波的影響，以及溫度對阻尼因子的影響，通過測試效率、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和輸出電壓紋波等來評估轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。

5.3 布局設(shè)計(jì)

在進(jìn)行 PCB 布局時(shí)，為了使設(shè)備能夠正常散熱，應(yīng)使用較寬的銅箔走線進(jìn)行電源連接，以將熱量分散到整個(gè) PCB 上。若條件允許，使用接地層（GND 平面）是個(gè)不錯(cuò)的選擇，它既能提供低阻抗連接，又能作為散熱片。在設(shè)計(jì) SiP LGA 焊球的焊盤尺寸時(shí)，建議使用非阻焊定義（NSMD）焊盤，這樣可以提高焊接的可靠性。同時(shí)，要注意電路走線的寬度和間距，避免電磁干擾。

六、總結(jié)與思考

TPS8268x 系列降壓轉(zhuǎn)換器模塊以其小尺寸、高效率、高精度和多重保護(hù)等特性，為電子工程師在電源管理設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求和應(yīng)用場景，合理選擇輸入輸出電容，優(yōu)化 PCB 布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用 TPS8268x 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，是否遇到過一些特殊的問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。