德州儀器TPS54160DGQR DCDC電源芯片中文資料

一、型號與類型

TPS54160DGQR是德州儀器（Texas Instruments，簡稱TI）生產的一款高性能DC-DC開關穩(wěn)壓器芯片。該芯片屬于PMIC（電源管理集成電路）類別，具體為穩(wěn)壓器中的DC-DC開關穩(wěn)壓器。TPS54160DGQR以其集成型高側MOSFET和廣泛的輸入輸出電壓范圍，成為眾多電子系統(tǒng)設計中不可或缺的關鍵組件。

　　廠商名稱：TI德州儀器

　　元件分類：DCDC電源芯片

　　中文描述： 具有Eco-Mode的3.5V至60V輸入、1.5A降壓轉換器

　　英文描述： 3.5V to 60V Input，1.5A Step-Down Converter with Eco-Mode

　　數據手冊：http://syqqgy.com/data/k09-36649467-TPS54160DGQR.html

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　　TPS54160DGQR概述

　　TPS54160A器件是一款帶有集成型高側MOSFET的60V，1.5A，降壓穩(wěn)壓器。電流模式控制提供了簡單外部補償和靈活組件選擇。一個低紋波脈沖跳躍模式將無負載經穩(wěn)壓輸出電源電流減小至116μA。通過使用使能引腳，可將關斷電源電流減少至1.3μA。

　　欠壓閉鎖在內部設定為2.5V，但可采用使能引腳將之提高。輸出電壓啟動斜坡受控于慢啟動引腳，該引腳還可以通過配置成控制排序/跟蹤。一個開漏電源正常信號表示輸出處于其標稱電壓的94%至107%之內。

　　寬開關頻率范圍允許對效率及外部組件尺寸進行優(yōu)化。頻率折返和熱關斷功能在過載情況下保護部件。

　　TPS54160DGQR中文參數

　　制造商:Texas Instruments

　　產品種類:開關穩(wěn)壓器

　　安裝風格:SMD/SMT

　　封裝/箱體:MSOP-PowerPad-10

　　拓撲結構:Buck

　　輸出電壓:800 mV to 58 V

　　輸出電流:1.5 A

　　輸出端數量:1 Output

　　輸入電壓（最小值）:3.5 V

　　輸入電壓（最大值）:60 V

　　靜態(tài)電流:116 uA

　　開關頻率:581 kHz

　　最小工作溫度:-40 C

　　最大工作溫度:+150 C

　　系列:TPS54160

　　商標:Texas Instruments

　　高度:1.02 mm

　　輸入電壓:3.5 V to 60 V

　　TPS54160DGQR引腳圖

二、工作原理

TPS54160DGQR芯片的工作原理基于降壓（Buck）拓撲結構，通過內部集成的高側MOSFET和精密的電流模式控制，實現高效率的電壓轉換。在輸入電壓高于所需輸出電壓時，芯片通過控制MOSFET的開關狀態(tài)，將多余的電壓以脈沖形式耗散，從而將輸出電壓穩(wěn)定在預設值。

電流模式控制是該芯片的核心技術之一，它允許通過簡單的外部補償實現穩(wěn)定的電壓輸出，并提供了靈活的組件選擇空間。此外，TPS54160DGQR還具備低紋波脈沖跳躍模式，該模式在輕負載或空載情況下，通過減少不必要的開關動作，將電源電流降至極低水平（如116μA），從而顯著提升整體能效。

三、特點

1. 寬輸入電壓范圍：TPS54160DGQR支持3.5V至60V的寬輸入電壓范圍，使其能夠適用于多種不同的電源環(huán)境。

2. 高效能：通過集成高側MOSFET和優(yōu)化的電流模式控制，該芯片在全負載范圍內均能保持高效率。特別是在輕負載時，低紋波脈沖跳躍模式能夠顯著降低功耗。

3. 靈活的輸出電壓調節(jié)：輸出電壓可調范圍廣泛，從0.8V至58V，滿足不同應用場合的需求。

4. 多種保護功能：包括欠壓閉鎖（UVLO）、過流保護（OCP）、熱關斷等，確保芯片在異常情況下能夠自動保護，防止損壞。

5. 小型化封裝：采用MSOP-10和超薄VSON封裝，具有PowerPAD設計，便于PCB布局和散熱，同時減小了整體系統(tǒng)體積。

6. 易于配置與調試：通過簡單的外部引腳配置，即可實現輸出電壓調整、啟動斜坡控制、排序/跟蹤等功能。

四、應用

TPS54160DGQR芯片因其出色的性能和廣泛的應用范圍，被廣泛應用于多種電子設備中，包括但不限于：

1. 工業(yè)控制系統(tǒng)：在工業(yè)自動化、過程控制等領域，TPS54160DGQR為各種傳感器、執(zhí)行器等提供穩(wěn)定的電源供應。

2. 汽車電子：在車載娛樂系統(tǒng)、GPS導航、車載攝像頭等應用中，該芯片為各種電子設備提供高效的電源解決方案。

3. 通信設備：在基站、路由器、交換機等通信設備中，TPS54160DGQR為內部電路提供穩(wěn)定的電壓轉換，確保設備穩(wěn)定運行。

4. 便攜式設備：在智能手機、平板電腦、移動電源等便攜式設備中，該芯片以其高效能和小型化封裝，成為電源管理系統(tǒng)的優(yōu)選方案。

五、參數

以下是TPS54160DGQR芯片的主要參數：

• 輸入電壓范圍：3.5V至60V

• 輸出電壓范圍：0.8V至58V（可調）

• 輸出電流：1.5A

• 開關頻率：100kHz至2.5MHz（可調）

• 靜態(tài)電流：116μA（工作），1.3μA（關斷）

• 工作溫度范圍：-40°C至+150°C

• 封裝形式：MSOP-10，超薄VSON

• 尺寸：3mm x 3mm（MSOP），高度1.02mm

• 重量：23.500mg

• 保護功能：欠壓閉鎖（UVLO）、過流保護（OCP）、熱關斷

六、詳細引腳說明

TPS54160DGQR芯片具有多個引腳，每個引腳都承擔著特定的功能。以下是一些關鍵引腳的說明：

• VIN：輸入電壓引腳，連接至外部電源。

• VOUT：輸出電壓引腳，為負載提供穩(wěn)定的電壓輸出。

• EN：使能引腳，通過控制該引腳的高低電平，可以控制芯片的開關狀態(tài)。

• SS/TRK：慢啟動/排序/跟蹤引腳，用于控制輸出電壓的啟動斜坡以及與其他電源的排序/跟蹤功能。

• PG：電源良好（Power Good）引腳：此引腳通常用于輸出一個邏輯信號，表示輸出電壓已達到并穩(wěn)定在預設的容差范圍內。在系統(tǒng)啟動或復位過程中，該引腳的狀態(tài)可以被用來監(jiān)測電源是否準備就緒，以確保其他依賴該電源的電路或子系統(tǒng)能夠安全、可靠地啟動。

• FB：反饋（Feedback）引腳，通過連接至一個分壓電阻網絡，該引腳用于感測輸出電壓并將其與內部參考電壓進行比較，從而調整MOSFET的開關狀態(tài)，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。

• COMP：補償（Compensation）引腳，用于連接外部補償網絡，以優(yōu)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應。通過調整補償網絡的參數，設計師可以針對特定的應用需求調整系統(tǒng)的帶寬、相位裕度等性能指標。

• RT/CLK：電阻定時/時鐘（Resistor Timing/Clock）引腳，根據外部連接的電阻值或特定配置，該引腳可以用于設置開關頻率或作為時鐘信號的輸入/輸出。在TPS54160DGQR中，它主要用于設置開關頻率。

• GND：接地引腳，連接至系統(tǒng)的地平面，為芯片提供穩(wěn)定的參考電位。

• BOOT：啟動（Bootstrap）引腳，在某些配置中，該引腳用于為內部高側MOSFET的柵極提供必要的偏置電壓。在TPS54160DGQR中，這個引腳的具體功能可能根據具體的應用場景和配置而有所不同。

七、設計注意事項

在設計包含TPS54160DGQR的電源管理系統(tǒng)時，需要注意以下幾點：

1. 輸入電容選擇：為了確保輸入電壓的穩(wěn)定性和減小輸入噪聲，應在VIN引腳附近放置足夠大的電解電容和陶瓷電容。電解電容用于提供低頻能量存儲，而陶瓷電容則用于濾除高頻噪聲。

2. 輸出電容選擇：輸出電容的選擇對輸出電壓的紋波和瞬態(tài)響應有重要影響。應選用低ESR（等效串聯電阻）的電容，并根據輸出電流和期望的紋波電壓來確定電容的容量。

3. 布局與布線：合理的PCB布局和布線對于電源管理系統(tǒng)的性能至關重要。應盡量縮短電源路徑的長度，避免在高頻信號路徑附近布置電源線和地線，以減少電磁干擾。

4. 散熱設計：TPS54160DGQR在高負載條件下可能會產生一定的熱量。因此，在設計中應考慮適當的散熱措施，如使用散熱片、增加通風孔等，以確保芯片的工作溫度始終保持在允許范圍內。

5. 保護電路設計：為了進一步提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，可以在輸入端添加過壓保護電路，在輸出端添加短路保護電路等。這些保護電路可以在異常情況下迅速切斷電源或限制電流，防止芯片和其他電路元件受損。

八、總結

TPS54160DGQR作為德州儀器生產的一款高性能DC-DC開關穩(wěn)壓器芯片，以其寬輸入電壓范圍、高效能、靈活的輸出電壓調節(jié)和多種保護功能等特點，在工業(yè)控制、汽車電子、通信設備和便攜式設備等多個領域得到了廣泛應用。通過合理的電路設計和布局布線，可以充分發(fā)揮該芯片的性能優(yōu)勢，為電子設備提供穩(wěn)定可靠的電源供應。在未來的電子系統(tǒng)設計中，TPS54160DGQR將繼續(xù)發(fā)揮其重要作用，推動電子技術的不斷發(fā)展和進步。