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TPSM842XX——TPSM84203, TPSM84205, TPSM84212 1.5A、28V 输入、TO-220 电源模块

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世纪电源网雪花
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  • 2018-1-11 17:51:57
TPSM842XX——TPSM84203, TPSM84205, TPSM84212   1.5A、28V 输入、TO-220 电源模块

在消费类电子产品中(例如音频类、机顶盒、数字电视、打印机等),白色家电以及12V和24V分布式电源总线供电系统中,都需要例如12V、5V、3.3V的系统电源。电源方案一般都是市电输入,经过AC/DC转换,然后再进行电压变换来获得我们需要的系统电源(12V、5V、3.3V等),为了稳定和方便,有时候会使用LDO,或者自己使用DC/DC变换器来进行降压设计。对于LDO,它的优点我们很清楚了解,那就是良好的线性稳压,成本低,噪音低,静态电流小。缺点就是效率低,有时还需要散热片。比如当12V输入,3.3V1A输出的时候,这时候LDO的功耗就是(12-3.3)*1=8.7W,此时的效率非常之低。而使用DC/DC方案,需要自己设计,选择元器件和测试,还得考虑EMI。此时我们可以考虑德州仪器(TI)的DC/DC电源模块方案。


德州仪器(TI)的TPSM842xx 电源模块是一种简单易用的集成式电源解决方案, 它将 1.5A DC/DC转换器与功率MOSFET 电感器和无源器件整合在一个 3 引脚的穿孔插入式封装内(TO-220封装), 省去了设计过程中的环路补偿和磁性元件选择,7805TO-220封装的LDO引脚兼容,可以直接替换,无需更改PCB布线,直接提升效率和热性能。

  
模块编号
  
输入电压范围
输出电压
输出电流范围
4.5-28V
3.3V
0-1.5A
7.0-28V
5.0V
0-1.5A
14.5-28V
12.0V
0-1.5A

该电源模块系列工作-40°C到85°C的环境温度下,集成了过流保护,输出过压保护,以及温度保护;开关频率为固定的400KHz的,我们知道,开关频率越高,尺寸能更小,输出纹波就能更小。最高可达95%的效率,这是LDO不可比拟的。在轻载时,可工作在高级 Eco-mode™ 脉冲跨周期模式下,从而达到更高效率。

下图分别是电源模块内部框图和典型应用:


内部框图.png 典型应用框图.png

内部框图                                                           典型应用框图

电源模块内部集成了高低端的MOSFET以及电感,我们只需要加入相应的输入电容和输出电容即可,简单,方便,易用。
我们以如下条件来看看该电源模块的各项优异特性
工作温度:-40°C to 85°C,
Vin=24V,Iout(max)=1.5A,
Cin=0.1uF 50V 和10uF 50V 陶瓷电容,100uF 35V 电解电容,
Cout=2x47uF 16V 陶瓷电容下,

  
输出电压
  
Vout
  
输出电压
3.3V
5V
12V
设置点电压误差
TA = 25°C, IOUT = 0 A
–3%     +3%
温度变化
–40°C ≤ TA ≤ 85°C, IOUT = 0 A
0.40%
线性调整率
Over VIN range, IOUT = 1 A
0.40%
负载调整率
Over IOUT range
0.50%
输出电压纹波
20 MHz bandwidth, peak-to-peak, IOUT >  500 mA
15mV

瞬态响应
1A/us负载step,从25%到75%Iout(max),Cout=94uF
4%*Vout的过压/欠压;
  
100uS恢复时间

1.    输出电压特性如下:
  从结果可知,模块电压随着温度的变化率为0.4%,线性调整率为0.4%,负载调整率0.5%,纹波电压15mV左右,这个性能满足所有的系统电源要求是没有任何问题的。
(关于纹波和瞬态响应,TPSM84203/05需要2个47uF的输出陶瓷电容,TPSM84212只要一个47uF的输出陶瓷电容。使用2个47uF的输出电容,纹波电压在15mV左右,电流以1A/us的斜率从0.375A到1.125A的负载突变时,电源模块过压或者欠压4%的Vout,100uS恢复Vout输出,。当然,如果为了更低纹波和快速瞬态响应,可以相应添加额外的输出电容。)
2. 纹波是随着输出电流变化而变化,所以在不同电流下,实际测试纹波电压如下:
Ø  TPSM84203的不同输出电流下的纹波电压曲线:
1.png

Ø  TPSM84205的不同输出电流下的纹波电压曲线:

2.png

Ø  TPSM84212的不同输出电流下纹波电压曲线:

3.png

模块纹波电压都在输出电压的1%以内,足够满足系统对电源的纹波要求。
3. 模块的效率:
  
VIN = 5 V, IOUT = 1 A
  
VOUT = 3.3 V
92%
VIN = 12 V, IOUT = 1 A
VOUT = 3.3 V
91%
VOUT = 5.0 V
92%
VIN = 24 V, IOUT = 1 A
VOUT = 3.3 V
87%
VOUT = 5.0 V
90%
VOUT = 12.0 V
94%
我们可以从实际的测试曲线中看到更多关于效率的信息:
Ø  TPSM84203的不同输出电流下效率曲线:
4.png
Ø  TPSM84205的不同输出电流下效率曲线:
5.png
Ø  TPSM84212的不同输出电流下的效率曲线:
6.png
模块有着非常高的效率,从而也不需要散热片进行散热。客户可以根据需要自行选择三个模块。
4. EMI(电磁干扰)特性:
模块采用了频率抖动技术,以780Hz的调制率在开关频率400Khz的+-6%范围内抖动,从而降低EMI发射的幅值,该模块符合EN55022 Class B辐射发射,不用担心EMI问题从而导致设备辐射不过而需要整改。
如下图片是在垂直和水平极化的天线下的EMI测试曲线,为消除输入输出影响,模块使用铅酸电池供电,阻性负载测试。(红色为水平极化天线,绿色为垂直极化天线)

Ø  TPSM84203辐射发射测试结果(输入电压为12V和24V)
7.png

8.png
Ø TPSM84205辐射发射测试结果(输入电压为12V和24V)
9.png
10.png
Ø  TPSM84212辐射发射测试结果(输入电压24V)
11.png


模块的EMI特性有很大的裕量,使用该模块也不用担心EMI设计问题,从而避免了工程师自己设计DC/DC电路的EMI处理。
TPSM84203/05/12集成电源模块简单,并且整合在三引脚的穿孔式封装(和7805TO-220封装的LDO完全兼容,无需更改PCB布线,可以直接替换),省去了设计过程中的环路补偿和磁性元件选择,符合EN55022 Class B,并且还有很多的裕量,在不需要散热片的情况下可以达到更高的效率,工程师朋友可以根据需要可以放心选用。

小贴士:

在使用这个电源模块的时候,为了获得更好的电气和温度性能,TIlayout方面推荐如下几点:
对电源平面(VIN,VOUT,GND)大面积布线从而降低线路传导损耗和热应力
将输入和输出电容靠近模块Pin脚,减少高频噪声
将额外的输出电容放置在陶瓷电容和负载之间
使用大量过孔练级电源层和内部层进行散热
12.png
liguanghui2588
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LV7
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省去了电感和mo管挺不错的DCDC
sunlingsunhaiqi
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功耗和精度是矛盾的,看系统需求了
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