TPS54531能够稳定工作分析

             楼主bin tang1 想使用TPS54531这颗SWR设计一个电源模块，Vin固定，实现Vout：1V-20V可调，输出电流4A 。但是对其功能以及如何使用不太明白，故发帖求助：想使用TPS54531这颗SWR设计一个电源模块，Vin固定，实现Vout：1V-20V可调，输出电流4A 。那么Vin电压话最小要多少才能保证20V/4A输出呢？好像没有看到datasheet中限制Vout，Vin的最小压差，看到datasheet中有这么一句话 "TPS54531 is designed to operate at 100% duty cycle as long as the BOOT to PH pin voltage is greater than 2.1 V typically ” ,可以这样理解吗：开关电路可以工作在100% duty cycle ，那么Vout可以等于Vin，只要满足 BOOT -PH pin压差大于2.1V。另外如何才能满足 BOOT -PH pin压差大于2.1V？

帖子链接如下所示：http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/power_management/f/24/t/51632.aspx

          T I FAE:  Neil Li 解答了楼主的问题：BOOT -PH pin压差大于2.1V是要保证自举电容的电压，因为只有自举电容电压达到一定的值，才能驱动BUCK上管。

该芯片的占空比可以达到100%，但事实上，因为BUCK上管及电感有压降，所以输出与输入之间还有略微存在压差但较小。

         我们接下来看看楼主的另外一个疑问：那如何保证BOOT -PH pin压差大于2.1V呢？什么情况下BOOT -PH pin压差会小于2.1V...

        对于这个问题，TI的技术人员是如何回答的呢?我们来学习一下：仔细推演下BUCK电路可知，只有当BUCK下管开通时，自举电容才会被充电。因此，如果没有额外的电路，需要保证下管在一个周期内开通一点点（因此，占空比不能真的运行在100%），或者几个周期内开通一段时间。

         对于这个问题，楼主还有另外的一个疑问：还有另外两个问题需要请教1、实际项目应用中Vout需要达到20V 5A（EVM board中application circuit Vout为5V 5A），所以output路径上的电容需要重新选型，在datasheet 电容选型中有提到ripple current这个参数要满足要求，可以是在我在国巨陶瓷电容datasheet里没有看到这个参数，只有电解电容才有，是否使用陶瓷电容时不用考虑这个参数...如果电容ripple current达不到要求，电容会发热烧毁？2、用于调节Vout电压的feedback电阻如果使用RDAC数字电位计替代，实现电压可调，实际应用会存在什么风险吗（RDAC耐压值等参数满足要求）？

               我们看看TI的技术人员是如何回复的：通常情况下，电解电容更关注纹波电流，因为其阻抗较大，如果纹波电流超标，会发热甚至造成烧毁。陶瓷电容的阻抗较小。1、实际项目应用中Vout需要达到20V 5A（EVM board中application circuit Vout为5V 5A），所以output路径上的电容需要重新选型，在datasheet 电容选型中有提到ripple current这个参数要满足要求，可以是在我在国巨陶瓷电容datasheet里没有看到这个参数，只有电解电容才有，是否使用陶瓷电容时不用考虑这个参数...如果电容ripple current达不到要求，电容会发热烧毁？没有什么风险，输出电压可调的电源基本是这个思路设计的。有些芯片对FB的灌入电流有要求，需要注意。通常是没有要求的。2、用于调节Vout电压的feedback电阻如果使用RDAC数字电位计替代，实现电压可调，实际应用会存在什么风险吗（RDAC耐压值等参数满足要求）？

         我们看看楼主的另外一个问题：从datasheet上来看对input路径上电容ripple current rate要求较高（max 3A），如果Vin想加bulk电容的话，考虑到耐压值要到50V，找不到合适的大容量陶瓷电容...如果选用电解电容的话，看起来几十uF的电解电容ripple current 也都不到1A...有什么好的建议吗？

            对于楼主的这个问题，网友做出了回答：   可以采用多个陶瓷电容并联(可以增加一些较大容值的其他电容)，即满足较低的ESR, 可以满足足够大的ripple电流。如下图所示：

                以上就是对于楼主使用PS54531  一些控制使用方面的问题的回答。我们可以好好学习一下。

                那么TPS54531究竟是一款什么样子的芯片呢？我们改如何正确的使用TPS54531 来设计电源呢。这些都是我们在设计中需要学习的问题，下面我们就一起去学习一下TPS54531这款芯片的详细功能，如下图所示，是TPS54531 的封装结构图：

           关TPS54531 的封装，其实就是很简单的DDA 8PIN的结构，整体的设计非常简单，下面我们来看看TPS54531 的的输入输出参数，如下图所示：

          如上图所示，我们可以看到TPS54531 的输入电压范围为3.5V到28V输出电压范围为0.8V到25V。最大输出电流为5A，最大的占空比为90%，典型的控制拓扑结构为BUCK，也就是说TPS54531 只能实现降压输出。这个对我们的设计就简单多了.

           下面我们再看看TPS54531 的典型的应用电路图，如下所示：

            我们注意上面的典型应用电路图中的PH脚。在这里给大家介绍一下TPS54531：TPS54531 是一款 28V，5A 非同步降压转换器，此转换器集成有一个低 RDS（导通）高侧 MOSFET。 为了提高轻负载条件下的效率，一个跨周调制 Eco-mode™ 特性被自动激活。 此外，1μA 的关断电源电流使得此器件可用于电池供电类应用。 具有内部斜坡补偿的电流模式控制简化了外部补偿计算并在允许使用陶瓷输出电容器的同时减少了组件数量。 一个电阻分压器设定输入欠压闭锁的滞后时间。 一个过压瞬态保护电流限制了启动和瞬态条件情况下的电压过冲。 一旦发生过载情况，一个逐周期电流限制机制、频率折返和热关断可对器件和负载进行保护。 TPS54531 采用 8 引脚小外形尺寸集成电路 (SOIC) PowerPADTM封装，此封装已被内部优化以改进散热性能。

             我们看看TPS54531的效率表现如何，如下图所示：

            TPS54531的整体效率基本都在90%以上，可以说是相当的不错了。下面我们看看楼主最关心的PH PIN的相关参数，如下图所示：

             我们看看PH PIN的功能，如下图所示：

               PH PIN其实就是给同步BUCK的上管充电用的，关于PH PIN的参数，如下图所示：

           下面我们来看看TPS54531的具体应用电路，如下图所示：

     输出电压的计算公式如下图所示：

        输入电容的选择，ESR很重要，如下图所示：

           功率从电感的计算公式：

          输出电容的计算，同样需要考虑容量和ESR:

        关于BOOT电容的选择，这个是给上管提供能量的，尤为重要，如下图所示，最好是0.1uF,X7R的高频陶瓷电容：

        当然还需要考虑功耗以及散热的问题：

     最后就是PCB的布局了，这个极为重要，如下图所示：

            以上就是关于TPS54531能够稳定工作分析问题的分析学习，以及使用于TPS54531设计电路需要注意的一些问题，与大家分享一下。

需要补充一点的是，在TPS54531设计的BUCK电路中，由于其最大的占空比限制为90%，所以对于输入输出的压差不能太小，不然的话，输出电压的稳定性无法保证，还有一点就是即使占空比可以做到100%也需要考虑功率器件的损耗，导致的许多的回路压降的问题。

如果我们想在现有的条件小尽可能的实现输入输出较小的压差，其实还可以考虑TPS54531同类型的芯片，也就是TPS54560，其最大的占空比可以达到100%，可以极大的降低对输入输出的压差要求，而且，这两款芯片的参数基本一致，设计起来也相对简单一些了。大家可以参考一下。

关于TPS54531的设计问题，我们还可以参考TI提供的评估板：TPS54531EVM-530。这个评估板的输入电压范围为：8V-28V,输出电压为5V。最大的输出电流可以达到5A，完全满足我们一般的设计需求，相关的链接如下：http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/slvu890/slvu890.pdf

关于TPS54531的设计参考TI提供的评估板：TPS54531EVM-530，原理图以及PCB布局如下所示，我们可以直接参考使用，如下图所示，为原理图文件：

PCB布局文件：

关于TPS54531的设计应用方面，如果大家有什么问题的话，欢迎一起讨论啊，相互学习一下。