TPS40193最大电流输出能力的问题

              楼主nangeng zhang  想使用TPS40193设计一款降压电源，但是对其功能以及如何使用不太明白，使用中想提高它的最大输出电流，故发帖求助：TPS40193手册标称20A max，能否靠使用更好的MOSFET和大电流电感实现略高于20A的稳定输出？例如高低MOS均使用100A、3毫欧、Tgtot<20nc的MOS管，电感使用标称电流35A以上的型号，能否实现Vin=12V , Vout = 1.2V@25A 的稳定输出？

帖子链接如下所示：http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/power_management/f/24/t/14087.aspx

                  对于楼主的这个问题，TI FAE: Trevor 给出了解答：建议使用TPS40400来建设这样的方案, TPS40400在某些情况下可输出高达30A。

www.ti.com/.../tps40400，www.ti.com/.../tps40400evm-351 这个参考设计便是Vout = 1.2V@25A

              对于TI技术人员的回答，楼主有了进一步的疑问，如下所示：我知道换用标称更高电流的控制器肯定可以解决问题，甚至我还可以用多相输出的控制器。但是更现实的问题就是成本上升，所需PCB的面积也大大增加了。原本的设计电流在16A左右，因此选了TPS40193并且已经生产了数千套产品，但是由于一些原因现在电流会增加到24A左右，DCDC这里就出现了问题。重新采购和设计更高规格的电源电路时间和成本上都是很困难的。从TPS40400的资料来看，与TPS40193相比，关键不同是从电压模式控制转换到电流模式控制。是这个区别导致支持最大电流的不同？为此我做了一些实验，按照15A设计（电感的SAT电流在18A左右）的电路，可以稳定输出20A电流。如果换更高规格的电感，能稳定输出的电流也会再增加一些。所以我就产生了这个疑问，这种做法的潜在危险在哪里？

           对于这个问题，我们看看TI的技术人员是如何回答的吧：   TPS40400与TPS40193的区别，并不是由于控制模式的原因，是内部器件的进一步优化与工艺的改进。目前，据我所知，TPS40193能支持1.0V@24A的输出，但对于1.2V@25A是否支持，需要进一步与产品线的工程师进行确认。

           同时TI技术人员还建议：  可以使用TPS40193来实现Vin=12V , Vout = 1.2V@25A，但对于FET管的选择需要格外注意，尽量 选择Rdson足够小的，以避免触发保护上下管的保护阀值。

           应用手册对这个参数的定义如下：

           同时TI的技术人员还推荐了另外的一种方案，如下图所示:附件是一个1V@24A的方案供参考，建议使用并联的FET。

           下面我们看看楼主对这个问题的理解：从这个参考设计里，能看到您用了2颗 3毫欧的大电流MOS并联用作续流管。目前我们15A的设计里用的是NXP的PSMN2R2（其实很想用switcherpro里面给的建议Ti的管子，但是众所周知实在不好买），4.5V驱动下导通电阻2.6毫欧，Qgtot为18nC，应该比您上面给的参考设计里面的管子性能好一些。最后一个小问题就是，在上面参考设计以及众多的大电流设计中常见的D1肖特基管和C16，R7组成的减震阻容，到底有无必要安装？有何好处和坏处？另外如果安装的话，肖特基二极管选择多大额定电流的比较合适？

            我们看看TI的技术人员对于这个问题是如何解答的：在大电流的同步BUCK中在下管会并一个肖特基二极管的作用是： 在死区这段时间内，下管的 MOSFET的body diode会导通续流，但这个MOSFET的body diode的特性不好，正向压降大（可查看FDMS8660S 数据手册的图6），且存在很大的反向恢复损耗，为了降低这个损耗，通过在外部并联肖特基二极管来达到降低正向压降与反向恢复损耗的目的. 参考设计中使用MBR0530T1，其正向压降最大为0.43V。但这个设计中最后并没有并联该肖特基二极管。

         同时TI技术人员对楼主的问题补充如下：另外，RC电路作用：由于电路中存在杂散电感和杂散电容，在功率开关管关断时，电路中也会出现过电压并且产生振荡。RC电路主要用来消除尖峰及振荡的。但加了RC电路，会降低电路的效率。switcherpro里面给的建议Ti的管子，是哪个管子？购买应该不是问题，请联系当地的代理商，或是TI的销售。www.ti.com.cn/.../gencontent.tsp

             对于楼主的应用需要：对于1.2V@25A的应用，肖特基二极管的额定电流为30A即可。

                以上就是关TPS40193最大电流输出能力的问题的解答，我们可以好好学习一下。

              那么TPS40193究竟是一款什么样子的芯片呢？我们改如何正确的使用TPS40193来设计LED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TPS40193这款芯片的详细功能，如下图所示，是TPS40193的封装结构图：

              关于TPS40193的封装，其实就是很简单的DRC 10PIN的结构，整体的设计非常简单，下面我们来看看TPS40193的的输入输出参数，如下图所示：

              如上图所示，我们可以看到TPS40193的输入电压范围是从4.5V到18V，输出最大电流为20A，输出电压范围从0.6V到14.4V，典型的控制拓扑结构就是BUCK，也就是说，TPS40193是可以实现降压设计的。这个对我们的设计就简单多了.

              下面我们再看看TPS40193的典型的应用电路图，如下所示：

              在大电流的使用情况下，我们必须关注这个芯片的热阻问题，如下所示：

            温度限制如下所示：

          对于楼主低压大电流的情况，要防止短路保护被误触发，如下图所示的短路检测电路：

        短路保护的检测门限值，如下所示：

        短路保护的计算公式如下所示：

    以及和MOSFET 的RDSON相关的参数：

      注意下面的相关参数，防止被误触发：

            我们在选择大的MOSFET提高输出能力的时候，关于驱动的描述如下：

               需要关注这个芯片的驱动能力，如下图所示：

             对于驱动能力的计算问题，可以参考下面的表格：

          注意MOSFET 的QG，RDSON等参数：

             除了驱动,MOSFET外，我们还需要注意功率电感的计算问题：

             输出电容容量的计算,如下图所示：

         以及ESR的问题，如下图所示：

        输入电容相关参数的计算如下所示：

            注意我们选择的MOSFET与QG的关系：

            最后我们需要注意的就是PCB布局方面的问题了，可以参考TI推荐的方案，如下图所示：

     PCB背面图：

             以上就是关于TPS40193最大电流输出能力的问题的分析学习，以及使用TPS40193设计电路需要注意的一些问题，与大家分享一下。

关于TPS40193的OCB布局问题，其实总结起来主要就是一方面，注意芯片的散热问题，另外的一方面就是主要信号与功率回路的分割问题，避免相互之间的干扰，必要的时候需要增加一些滤波的电容，只要按照TI推荐的方案，就基本不会有什么问题了。

关于TPS40193的设计问题，需要补充一点的就是环路设计了，这个也是非常关键的参数，但是也是受影响最多的地方了，和电容的ESR，电感的参数，以及PCB布局都有一定的关系，在设计的时候需要多花时间去优化，不同的负载也是有影响的。

对于关于TPS40193的设计，我们还可以直接参考TI提供的评估板：TPS40193EVM-001。这个评估板的主要的输入以及输出参数如下图所示，我们在设计的时候，是可以直接参考使用的，作为以后的设计提供借鉴的意义，如下图所示：

TI提供的评估板：TPS40193EVM-001的详细资料，我们可以参考一下，链接如下所示：http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/sluu274/sluu274.pdf。在这个资料里面有详细的原理图，PCB布局，以及详细的测试波形，我们如果有需要的话，可以直接对照使用，作为以后的设计参考，如下图所示，为设计的原理图文件：

对于TPS40193的相关设计，我们除了可以使用TI技术人员推荐的switcherpro外，其实还可以使用另外一款的在线设计工具，也就是WEBENCH，这个支持原理图的生成，参数的选择，以及成本，性能等诸多方面的优化，对于我们的设计有很大的帮助，大家都可以去了解一下。

对于TPS40193的相关设计，大家在实际的应用过程中，如果有什么疑问，或者有相关的经验的话，也欢迎一起分享一下，这个总结经验，对于我们以后的设计会有很大的帮助，同样可以起到借鉴作用的。