TPS40052是高压、宽输入、同步降压变换器

特征
工作输入电压10 V至40 V可编程固定频率，最高可达
100 kHz至1 MHz电压模式控制器
用于高压侧和同步N通道MOSFET的内部栅极驱动输出16针PowerPad封装（JC=2c/w）热关机外部同步可编程短路保护可编程闭环软启动
应用
DDR跟踪调节器电源模块网络设备工业服务器
简化应用图说明
TPS40052是高压、宽输入、同步降压变换器系列的一部分。TPS40052具有多种用户可编程功能的设计灵活性，包括软启动、工作频率、高侧电流限制和回路补偿。

TPS40052还可以与外部电源同步。它结合了用于外部n通道高压侧和同步整流器（SR）MOSFET的MOSFET门驱动器。栅极驱动逻辑结合了抗交叉导通电路，以防止同时高压侧和同步整流器导通。

外部可编程短路保护通过脉冲电流限制提供脉冲，以及利用内部故障计数器实现长时间过载的打嗝模式操作。

TPS40052允许用户根据特定应用优化PWM控制器。
TPS40052是同步降压设计的首选控制器，其输出需要跟踪另一个电压。它有两个象限的操作，可以源或汇输出电流，提供最佳的瞬态响应。
开关节点电阻和二极管
当上下两个MOSFET都关闭时，转换器的开关节点在死区将为负。这种负电压的大小取决于较低的MOSFET体二极管和在此停滞时间内流动的输出电流。这种负电压会影响控制器的工作，特别是在低输入电压下。
因此，如图10所示，必须将电阻器（3.3欧姆至4.7欧姆）和肖特基二极管放置在较低的MOSFET漏极和控制器的触针12（sw）之间。肖特基二极管必须具有额定电压，以适应输入电压和转换器开关节点上的振铃。30伏肖特基（如BAT4）或40伏肖特基（Zetex ZHCS400或Vishay SD103AWS）是足够的设置开关频率（对时钟振荡器进行编程）
TPS40052具有独立的时钟振荡器和斜坡发生器电路。时钟振荡器用作斜坡发生器电路的主时钟。时钟振荡器的开关频率f（kHz）由一个电阻（R）设置为接地。时钟频率与r有关，用kΩ表示，由方程式（1）得出。短波TT
TPS40052采用固定的uvlo保护。固定的uvlo监控输入电压。uvlo电路保持软启动低，直到输入电压超过欠压阈值。

BP5和BP10内部电压调节器
BP5和BP10调节器的启动特性。BP5的细微变化取决于开关频率。BP10调节特性的变化也基于外部MOSFET切换所产生的负载。
选择感应器值
电感值决定输出电容器中纹波电流的大小，以及转换器进入不连续模式时的负载电流。电感太大会导致较低的纹波电流，但对于相同的负载电流，纹波电流在物理上更大。电感太小会导致更大的纹波电流和更多（或更昂贵的输出电容）相同的输出纹波电压要求。一个好的折衷办法是选择电感值，这样在负载接近额定输出的10%到30%之前，转换器不会进入不连续模式。电感值 V为输出电压o
是电感器的峰间电流计算输出电容
输出电容取决于输出纹波电压要求、输出纹波电流以及负载瞬态期间任何输出电压偏差要求。
输出纹波电压是输出电容和电容ESR的函数。最坏情况下的输出纹波在方程式V I ESR 8 COFSW副总裁 1 磷（3）由于ESR元件，输出纹波电压通常在90%到95%之间。在存在负载瞬态要求时，输出电容要求通常会增加。在阶跃负载期间，输出电容必须向负载提供能量（轻-重负载阶跃）或吸收多余的电感能量（重-轻负载阶跃），同时将输出电压保持在可接受的范围内。电容量取决于负载阶跃的大小、环路的速度和电感器的大小。
将负载从重负载步进到轻负载会导致输出超调。储存在电感器中的多余能量必须被输出电容吸收。电感器中储存的能量是重负载条件下的输出电流哦I是轻负载条件下的输出电流，醇V是电容器的最终峰值电压f
编程软启动
TPS40052采用闭环方法，以确保在启动过程中对输出进行控制。软启动通过内部产生的电流源给外部电容器（C）充电来编程。C上的电压被输入一个单独的非反相输入到误差放大器（除了fb和ea_ref）。回路在C电压或外部参考电压ea_ref的较低值处闭合。一旦C电压升高到外部参考电压以上，则调节基于外部参考。为了确保输出电压的可控上升，软启动时间应大于方程式与启动期间所需的输入电流之间存在直接的相关性。T越快，启动时所需的输入电流越高。这一关系在标题为“编程电流限制”的章节中有更详细的描述开始开始SS对于V电源缓慢上升（通常在50 ms到100 ms之间）的应用，可能需要将软启动时间增加到大约2 ms到5 ms之间，以防止出现有害的uvlo跳闸。软启动时间应长于V电源在8 V和9 V之间转换的时间。
编程电流限制
TPS40052采用两级过流保护方法。第一层是脉冲-脉冲保护方案。当栅极被驱动时，电流限制通过感应跨场效应晶体管的电压降在高压侧场效应晶体管上实现。将MOSFET电压与在恒流源驱动下，VIN引脚与ILIM引脚之间连接的电阻器上的电压降进行比较。如果MOSFET上的电压降超过了ILIM电阻上的电压降，开关脉冲立即终止。MOSFET保持关闭状态，直到启动下一个开关周期。
第二层包括一个故障计数器。故障计数器在过流脉冲上递增，在没有过流脉冲的时钟周期上递减。当计数器达到七（7）次时，将发出重启，并启动七个软启动循环。在此期间，上下场效应晶体管都被关闭。计数器在每个软启动循环上递减。当计数器减至零时，脉宽调制重新启用。如果故障已排除，则输出正常启动。如果输出仍然存在，计数器计数七个过流脉冲，然后重新进入第二层故障模式。典型过流保护波形最小电流限制设定点电流限制编程电阻（R）使用方程式（12）计算。在选择方程式中v和i的值时必须小心。为了确保输出电流处于过流水平，必须使用isink的最小值和vos的最大值。伊利姆操作系统汇 i是进入ilim管脚的电流，最小值为8.6微安。汇 i是过电流设定值，即直流输出电流加上电感峰值电流的一半。OCV为过流比较器偏移，最大值为30 mV。操作系统

布局注意事项
PowerPad软件包为设备散热提供了低热阻。PowerPad的名字和低热阻来自于设备底部的大焊盘。为了获得最大的热性能，电路板必须在封装下方有一个锡铜焊接区。此区域的大小取决于PowerPad包的大小。对于16针TSSOP（PWP）包装，面积为5 mm x 3.4 mm
热通孔将该区域连接到内部或外部铜平面上，并且应具有足够小的钻孔直径，以便在通孔的筒体镀铜时有效堵塞通孔。在焊料回流过程中，需要使用此插头防止焊料从包装体和装置下的锡焊料区之间的接口处被吸走。0.33毫米（13密耳）的钻孔直径在板表面镀1盎司铜，同时镀通孔桶时效果良好。如果在进行镀铜时没有塞住热通孔，则应使用焊接掩模材料将通孔的直径至少等于0.1 mm。这种封顶可防止焊料通过热通孔受到腐蚀，并可能在封装下产生焊料空隙。
MOSFET封装
MOSFET封装的选择取决于MOSFET的功耗和预计的工作条件。一般来说，对于表面安装应用，DPAK类型的包提供最低的热阻抗因此，最高的功耗能力。然而，DPAK的有效性取决于正确的布局和热管理。MOSFET数据表中规定的θ是指给定的铜面积和厚度。在大多数情况下，40°C/W的最低热阻抗要求G−10/FR−4板上有一平方英寸的2盎司铜。降低热阻可以以牺牲板面积为代价。
布局注意事项
接地和电路布局注意事项
TPS4005X提供单独的信号接地（SGND）和电源接地（PGND）引脚。电路接地必须正确分离。每个接地应包括一个平面，以尽可能减小其阻抗。输出、同步整流器、MOSFET驱动器去耦电容器（BP10）和输入电容器等大功率噪声电路应连接到输入电容器的PGND平面。
FB电阻分压器、R和ILIM等敏感节点应连接到SGND平面。sgnd平面只能与pgnd平面进行单点连接。
元件放置应确保旁路电容器（BP10和BP5）尽可能靠近各自的电源和接地引脚。此外，FB、RT和ILIM等敏感电路不应位于高dv/dt节点附近，如hdrv、ldrv、boost和switch节点（sw）。
sw-pin肖特基二极管应靠近TPS40052，短而宽的痕迹应指向插脚9和12。
输入电压：10 Vdc至14.4 Vdc
输出电压：1.25V±1%（1.2375≤VO≤1.2625）
输出电流：8 A（最大，稳定状态），10 A（浪涌，10 ms持续时间，最大10%占空比）
输出纹波：8 A时为33 mVP—P
输出负载响应：0.1 V=>10%至90%阶跃负载变化，从1 A至7 A
工作温度：−40°C至85°CF＝170千赫短波