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TPS61089全文中文翻译
简介
TPS61089全文中文翻译
简介：TPS61089全文中文翻译TPS61089全文中文翻译由本人使用翻译软件和AI翻译，发出来只是希望别人看文档的时候可以更方便。如有侵权联系删除。
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采用2.0毫米x 2.5mm毫米VQFN封装的TPS61089x 12.6V伏、7A完全集成的同步升压转换器
1.特性
输入电压范围:2.7伏至12伏
输出电压范围:4.5伏至12.6伏
效率高达90%（VIN = 3.3V、VOUT = 9V且IOUT = 2A时)
针对高脉冲电流的电阻可编程峰值电流限值高达
10A
可调开关频率:200kHz至2.2兆赫兹
4ms内置软启动时间
轻负载下采用 PFM 运行模式 (TPS61089)
轻负载下采用强制 PWM 运行模式 (TPS610891)
在13.2伏时提供内部输出过压保护
逐周期过流保护
热关断
2.00毫米×2.50毫米VQFN热棒封装
使用TPS61089x并借助WEBENCH ® Power
Designer创建定制设计方案
2.应用
3.说明
TPS61089x代表TPS61089和TPS610891。
TPS61089x是一款全集成同步升压转换器,带有
19mΩ主电源开关和27mΩ整流器开关。该器件可以为便携式设备提供高效率小型电源解决方案TPS61089x具有2.7V至12V的宽输入电压范围,可
支持由单节或两节锂离子/锂聚合物电池供电的应用。
TPS61089x具备7A持续开关电流能力,能够提供高达12.6伏的输出电压。
TPS61089x采用自适应恒定关断时间峰值电流控制拓扑结构调节输出电压。在中等到重负载条件下，TPS61089x以脉宽调制（pulse-width modulating的缩写）模式工作。在轻载条件下，TPS61089以可提升效率的脉频调制PFM模式工作,而TPS610891仍以可避免因开关频率较低而引发应用问题的脉宽调制（pulse-width modulating的缩写）模式工作脉宽调制模式下的开关频率可在200千赫兹至2.2兆赫兹之间调节TPS61089x还内置4毫秒软启动功能和可调节开关电流峰值限制功能。此外,该器件还提供13.2伏输出过压保护、逐周期过流保护和热关断保护。
TPS61089x采用极其紧凑的2.0毫米×2.5毫米、11引脚VQFN封装。
器件信息表
|
器件型号 |
封装(1) |
封装尺寸（标称值) |
|
|
TPS61089x |
VQFN (11) |
2.00mm x 2.50mm |
|
(1) 如需了解所有可用封装,请参阅数据表末尾的可订购产品附录。
ZHCSF69C –2015年11月–2021年8月修订
典型应用电路
英文数据表:SLVSD38
本文档旨在为方便起见，提供有关 TI 产品中文版本的信息，以确认产品的概要。有关适用的官方英文版本的最新信息，请访问
www.ti.com，其内容始终优先。TI 不保证翻译的准确性和有效性。在实际设计之前，请务必参考最新版本的英文版本。
目录
12.1.2.1 使用WEBENCH® 工具进行定制设计 26
4.修订历史
注：以前版本的页码可能与当前版本的页码不同
从版本B（2016年7月）更改为版本C（2021年8月）页面
更新了整个文档中的表格、图和交叉参考的编号格式。 1
更正了整个文档中的语法和数值格式 1
添加了WEBENCH链接 1
从版本A（2016年4月）更改为版本B（2016年7月）页面
已更改x轴 7
已更改x轴 7
5.设备对照表
|
零件号码 |
轻负载下的运行模式 |
|
|
TPS61089RNR |
功率因数计(Power Factor Meter) |
|
|
TPS610891RNR(1) |
强制PWM |
|
6.引脚配置和功能
图6-1. 11脚带有热垫的VQFN RNR封装（顶视图）
表 6-1.引脚功能
|
PIN |
输入/输出 |
描述 |
||||
|
名称 |
引脚号 |
|||||
|
FSW |
1 |
输入 |
这个引脚和SW引脚之间通过一个电阻来编程切换频率。 |
|||
|
VCC |
2 |
输出 |
内部稳压器的输出。这个引脚和地之间需要一个容值大于1.0µF的陶瓷电容。 |
|||
|
FB |
3 |
输入 |
输出电压反馈 |
|||
|
COMP |
4 |
输出 |
内部误差放大器的输出。环路补偿网络应该连接在这个引脚和GND引脚之间。 |
|||
|
GND |
5 |
电源 |
地线（GND） |
|||
|
VOUT |
6 |
电源 |
升压转换器输出 |
|||
|
EN |
7 |
输入 |
使能逻辑输入。逻辑高电平使设备工作，逻辑低电平禁用设备并将其置于关闭模式。 |
|||
|
ILIM |
8 |
输出 |
可调的开关峰值电流限制。应该在此引脚和GND引脚之间连接一个外部电阻。 |
|||
|
VIN |
9 |
输入 |
IC电源输入 |
|||
|
BOOT |
10 |
输出 |
高侧MOSFET门驱动器的电源供应。必须在此引脚和SW引脚之间连接一个电容器。 |
|||
|
SW |
11 |
电源 |
变换器的开关节点引脚。它连接到内部低侧功率MOSFET的漏极和内部高侧功率MOSFET的源极。 |
|||
7.规格参数
7.1 绝对最大额定值
超过工作空气温度（除非另有说明）(1)
|
最小值 |
最大值 |
单位 |
||
|
端子电压(2) |
BOOT |
–0.3 |
SW + 7 |
V |
|
VIN, SW, FSW, VOUT |
–0.3 |
14.5 |
||
|
EN, VCC, COMP |
–0.3 |
7 |
||
|
ILIM, FB |
–0.3 |
3.6 |
||
|
工作结温, T J |
–40 |
150 |
C |
|
|
储存温度, T stg |
–65 |
150 |
C |
|
(1)超出绝对最大额定值列表所列的应力可能会对设备造成永久性损坏。这些仅仅是应力评级，不表示在这些条件或绝对最大额定值列表未列出 的其他条件下设备能够正常工作。长时间暴露在绝对最大额定条件下可能会影响设备的可靠性。
7.2 ESD额定值
|
价值 |
单位 |
|||||
|
静电放电电压 |
人体模型（HBM），符合ANSI/ESDA/JEDEC JS-001标准，所有引脚(1) |
2000 |
V |
|||
|
带电器件模型（CDM），符合JEDEC规范JESD22-C101，所有引脚(2) |
500 |
|||||
JEDEC文件JEP155指出，500V HBM允许采用标准ESD控制工艺进行安全制造。
JEDEC文件JEP157指出，250V CDM允许采用标准ESD控制工艺进行安全制造。
7.3 推荐操作条件
超过工作空气温度范围（除非另有说明）
|
最小值 |
经典值 |
最大值 |
单位 |
|||
|
V IN |
输入电压范围 |
2.7 |
12 |
V |
||
|
V OUT |
输出电压范围 |
4.5 |
12.6 |
V |
||
|
L |
电感、有效值 |
0.47 |
2.2 |
10 |
µH |
|
|
C IN |
输入电容有效值 |
10 |
µF |
|||
|
C O |
输出电有效值 |
10 |
47 |
1000 |
µF |
|
|
T J |
工作结温 |
–40 |
125 |
C |
||
7.4 热量信息
|
热量度量(1) |
TPS61089x |
单位 |
||
|
RNR（VQFN） |
||||
|
11 PINS |
||||
|
R θJA |
结至环境热阻 |
53.4 |
C/W |
|
|
R θJC(top) |
结至外壳(顶部)热阻 |
59.2 |
C/W |
|
|
R θJB |
结至板热阻 |
9.6 |
C/W |
|
|
ψJT |
结到顶特性参数 |
0.5 |
C/W |
|
|
ψJB |
结至板特性参数 |
9.5 |
C/W |
|
|
R θJC(bot) |
结至外壳(底部)热阻 |
0.7 |
C/W |
|
|
R θJA(EVM) |
在评估模块上的结-环境热阻。 |
39.2 |
C/W |
|
(1)传统和新散热指标的更多信息，请参见半导体和IC封装热指标申请报告。
(2)评估模块板是一块四层的印刷电路板，尺寸为76毫米x 52毫米。顶层和底层的铜厚度为2盎司，内层的铜厚度为1盎司。
7.5 电气特性
除非另有说明，VIN = 2.7 V至5.5 V，VOUT = 9 V，TJ =–40°C至125°C，典型值为TJ = 25°C
|
参数 |
试验条件 |
最小值 |
经典值 |
最大值 |
单位 |
||||||||||
|
电源 |
|||||||||||||||
|
VIN |
输入电压范围 |
2.7 |
12 |
V |
|||||||||||
|
VIN_UVLO |
输入电压欠压闭锁（UVLO）阈值 |
VIN上升 |
2.7 |
V |
|||||||||||
|
VIN下降 |
2.4 |
2.5 |
V |
||||||||||||
|
VIN_HYS |
VIN UVLO迟滞 |
200 |
mV |
||||||||||||
|
VCC |
VCC调节电压 |
ICC = 2 mA，VIN = 8 V |
5.8 |
V |
|||||||||||
|
VCC_UVLO |
VCC UVLO阈值 |
VCC下降 |
2.1 |
V |
|||||||||||
|
IQ |
VIN引脚的静态电流 |
IC使能、空载、VIN = 2.7 V至5.5 V、VFB = 1.3 V、VOUT = 12 V、TJ≤85°C |
一 |
3 |
A |
||||||||||
|
VOUT引脚的静态电流 |
IC使能、空载、VIN = 2.7 V至5.5 V、VFB = 1.3 V、VOUT = 12 V、TJ≤85°C |
100 |
180 |
A |
|||||||||||
|
ISD |
VIN引脚关断电流 |
IC禁用，VIN = 2.7 V至5.5 V，TJ≤85°C |
一 |
3 |
A |
||||||||||
|
输出 |
|||||||||||||||
|
VOUT |
输出电压范围 |
4.5 |
12.6 |
V |
|||||||||||
|
VREF |
FB引脚的基准电压 |
PWM模式 |
1.188 |
1.212 |
1.236 |
V |
|||||||||
|
PFM模式 |
1.224 |
V |
|||||||||||||
|
IFB_LKG |
FB引脚的漏电流 |
VFB = 1.2 V |
100 |
钠 |
|||||||||||
|
VOVP |
输出过压保护阈值 |
VOUT上升 |
12.7 |
13.2 |
13.6 |
V |
|||||||||
|
VOVP_HYS |
输出过压保护迟滞 |
VOUT降至VOVP以下 |
0.25 |
V |
|||||||||||
|
tSS |
软启动时间 |
COUT（有效）= 47 F，IOUT = 0 A |
2 |
4 |
6 |
女士 |
|||||||||
|
误差信号放大器 |
|||||||||||||||
|
ISINK |
COMP引脚吸电流 |
VFB = VREF + 200 mV，VCOMP = 1.9 V |
20 |
A |
|||||||||||
|
ISOURCE |
COMP引脚源电流 |
VFB = VREF–200mV，VCOMP = 1.9 V |
20 |
A |
|||||||||||
|
VCCLP_H |
COMP引脚的高箝位电压 |
VFB = 1 V，RILIM = 127kω |
2.3 |
V |
|||||||||||
|
VCCLP_L |
COMP引脚的低箝位电压 |
VFB = 1.4 V，RILIM = 127kω |
1.4 |
V |
|||||||||||
|
GEA |
误差放大器跨导 |
VCOMP = 1.9 V |
190 |
S |
|||||||||||
|
电源开关 |
|||||||||||||||
|
RDS(on) |
高端MOSFET导通电阻 |
VCC = 6伏 |
27 |
44 |
mω |
||||||||||
|
低端MOSFET导通电阻 |
VCC = 6伏 |
19 |
31 |
mω |
|||||||||||
|
开关频率 |
|||||||||||||||
|
fSW |
开关频率 |
RFSW = 301kω |
500 |
千赫 |
|||||||||||
|
RFSW = 46.4kω |
2000 |
千赫 |
|||||||||||||
|
tON_min |
最短接通时间 |
VCC = 6伏 |
90 |
180 |
纳秒 |
||||||||||
|
电流极限 |
|||||||||||||||
|
ILIM |
TPS61089峰值开关电流限值 |
RILIM = 127kω |
7.3 |
8.1 |
8.9 |
A |
|||||||||
|
RILIM = 100kω |
9.0 |
10 |
11 |
A |
|||||||||||
|
VILIM |
ILIM引脚的内部基准电压 |
1.212 |
V |
||||||||||||
|
EN逻辑输入 |
|||||||||||||||
|
VEN_H |
EN逻辑高电平阈值 |
1.2 |
V |
||||||||||||
|
VEN_L |
EN逻辑低电平阈值 |
0.4 |
V |
||||||||||||
|
振铃等效数 |
EN下拉电阻 |
800 |
kω |
||||||||||||
|
保护功能 |
|||||||||||||||
|
TSD |
热关断阈值 |
TJ上升 |
150 |
C |
|||||||||||
|
HYS_TSD |
热关断滞后 |
TJ低于TSD |
20 |
C |
|||||||||||
7.6 典型特性
输入电压为3.6伏，输出电压为9伏，结温为25摄氏度，除非另有说明。
2
1.6
1.2
0.8
0.4
0
-40 -20
0 20 40 60 80 100
温度（℃）D007
图 7-7.关断电流与温度的关系
8.详细描述
8.1概述
TPS61089x 设计用于输出高达 12.6 V 的电压，并具有 7-A 的连续开关电流能力，以提供超过 18 W 的功率。在中到重负载条件下，TPS61089x 以准恒定频率脉宽调制（PWM）模式运行。在轻负载条件下，TPS61089 以 PFM 模式运行，而 TPS610891 以强制 PWM 模式运行。PFM 模式在整个负载范围内带来高效率，而 PWM 模式则可以避免由于开关频率固定而产生的声噪。在 PWM 模式下，TPS61089x 转换器使用自适应恒定关断时间峰值电流控制方案，这提供了极佳的瞬态线路和负载响应，并且输出电容最小化。TPS61089x 可以通过外部环路补偿与不同的电感器和输出电容器组合工作。它还支持从 200 kHz 到 2.2 MHz 的可调开关频率。
8.2 功能模块图
8.3 功能描述
8.3.1 欠压闭锁（UVLO）
欠压闭锁（UVLO）电路会在输入电压降至典型的UVLO阈值2.5伏以下时停止转换器的运作。添加了200毫伏的滞后以确保设备输入电压回升至2.7伏之前不能再次启用。这个功能是为了防止当输入电压处于2.5伏至2.7伏之间时设备发生故障。
8.3.2启用和禁用
当输入电压高于最大欠压闭锁上升阈值2.7伏且EN引脚被拉高至高阈值以上时，TPS61089x被启用。当EN引脚被拉至低阈值以下时，TPS61089x进入关机模式。该设备在关机模式下停止切换，并且电流消耗小于3微安。由于高侧整流器场效应管的本体二极管，输入电压会通过本体二极管并在关机模式下出现在VOUT引脚上。
8.3.3平稳起动
TPS61089x实现了软启动功能，以减少启动期间的浪涌电流。当EN引脚被拉至逻辑高电压时，TPS61089x开始软启动。软启动时间通常为4 ms。
8.3.4可调开关频率
TPS61089x具备宽广的可调整开关频率范围，从200 kHz到2.2 MHz。开关频率由连接在TPS61089x的FSW引脚和SW引脚之间的一个电阻器设定。不要让FSW引脚悬空。使用方程式1来计算达到所需频率所需的电阻值。
其中
• RFREQ 是连接在FSW引脚和SW引脚之间的电阻
• CFREQ = 24pF
• ƒSW 是期望的开关频率
• tDELAY = 86ns
• VIN 是输入电压
• VOUT 是输出电压
8.3.5可调峰值电流限值
为了避免意外的大峰值电流，采用了内部逐周期限流。只要峰值开关电流达到限值，低端开关就会立即关闭。峰值电感电流可以通过选择与所需电流限值相关的正确外部电阻值来设置。使用方程式 2计算TPS61089的正确电阻值。
其中
• R ILIM 是连接在ILIM引脚和接地之间的电阻
• I LIM 是开关峰值电流限制
对于典型的8安培电流限制，TPS61089的电阻值为127千欧。
8.3.6 过电压保护
如果检测到VOUT引脚的输出电压高于过压保护阈值13.2 V（典型值），TPS61089x会立即停止开关，直到VOUT引脚的电压降至低于输出过压保护阈值的迟滞电压。该功能可防止输出端过压，并保护连接到输出端的电路免受过压影响。
8.3.7 热关机
实施热关断是为了防止过热和功耗造成损坏。典型情况下，热关断发生在结温为150°C时，触发热关断时，器件停止开关，直到结温降至130°C以下，然后器件再次开始开关。
8.4设备功能模式
8.4.1 操作
TPS61089x同步升压转换器在中到重负载条件下以准恒定频率脉宽调制（PWM）工作。根据VIN与VOUT之比，电路预测开关周期所需的关断时间。在每个开关周期开始时，低端N-MOSFET开关，如所示节 8.2开启，电感电流上升至峰值电流，峰值电流由内部误差放大器的输出决定。达到峰值电流后，电流比较器跳闸并关闭低端N-MOSFET开关，电感电流在死区时间内流经高端N-MOSFET的体二极管。死区持续时间过后，高端N-MOSFET开关接通。由于输出电压高于输入电压，电感电流降低。直到达到固定关断时间，高端开关才会关断。短暂的死区时间后，低端开关再次接通，开关周期重复。
在轻负载条件下，TPS61089为要求轻负载高效率的应用实施PFM模式。TPS610891为要求固定开关频率的应用实施强制PWM模式，以避免意外的开关噪声干扰。
8.4.1.1 强制PWM模式
在强制PWM模式下，TPS610891在轻负载条件下保持开关频率不变。当负载电流降低时，内部误差放大器的输出也会降低，以降低电感峰值电流，从而减少输入到输出的功率。当输出电流进一步降低时，通过电感的电流将在关断时间内降至零。即使流过MOSFET的电流为零，高端N-MOSFET也不会关闭。因此，电感电流在变为零后会改变方向。功率流从输出侧流向输入侧。在这种模式下效率会很低。但是在固定开关频率的情况下，不存在轻负载条件下低开关频率可能导致的可听噪声和其他问题。
8.4.1.2 PFM模式
TPS61089通过PFM模式提高了轻负载时的效率。当转换器在轻负载条件下工作时，内部误差放大器的输出降低，使电感峰值电流下降，从而向负载提供更少的功率。当输出电流进一步降低时，通过电感的电流将在关断时间内降至零。一旦通过高端N-MOSFET的电流为零，高端MOSFET就会关断，直到下一个开关周期开始。当误差放大器的输出持续下降并达到相对于峰值电流ILIM / 10的阈值时，误差放大器的输出被箝位在该值，不再下降。如果负载电流小于TPS61089提供的电流，输出电压会增加到标称设置输出电压以上。TPS61089延长了开关周期的关闭时间，以减少输出能量，并将输出电压调节到比标称设置电压高1.0%。在PFM工作模式下，即使负载电流降至1 mA，TPS61089也能保持70%以上的效率。在轻负载下，由于电感电流峰值较低，输出电压纹波要小得多。涉及图 8-1。
图 8-1. PWM模式和PFM模式下的输出电压
9.应用和实施
以下应用部分中的信息不属于 TI 器件规格的范围，TI 不担保其准确性和完整性。TI 的客 户应负责确定器件是否适用于其应用。客户应验证并测试其设计，以确保系统功能。
9.1应用信息
TPS61089x 设计用于输出高达 12.6 V 的电压，并具有 7-A 的连续开关电流能力，以提供超过 18 W 的功率。在中到重负载条件下，TPS61089x 以准恒定频率脉宽调制（PWM）模式运行。在轻负载条件下，TPS61089 以 PFM 模式运行，而 TPS610891 以强制 PWM 模式运行。PFM 模式在整个负载范围内带来高效率，而 PWM 模式则可以避免由于开关频率固定而产生的声噪。在 PWM 模式下，TPS61089x 转换器使用自适应恒定关断时间峰值电流控制方案，这提供了极佳的瞬态线路和负载响应，并且输出电容最小化。TPS61089x 可以通过外部环路补偿与不同的电感器和输出电容器组合工作。它还支持从 200 kHz 到 2.2 MHz 的可调开关频率。
9.2典型应用
图 9-1.TPS61089x单节锂离子电池至9V/2 A输出转换器
9.2.1 设计要求
表 9-1.设计参数
|
设计参数 |
示例值 |
|
|
输入电压范围 |
3.0 to 4.35 V |
|
|
输出电压 |
9 V |
|
|
输出电压纹波 |
100 mV峰峰值 |
|
|
输出额定电流 |
2 A |
|
|
工作频率 |
500 kHz |
|
|
轻负载下的运行模式 |
PFM |
|
9.2.2 详细设计程序
9.2.2.1 使用WEBENCH®工具进行定制设计
点击这里使用WEBENCH®电源设计师，利用TPS61089x器件创建定制设计。
1. 首先输入输入电压（V IN）、输出电压（V OUT）以及输出电流（I OUT）的要求。
2. 使用优化器旋钮针对效率、占地面积和成本等关键参数优化设计。
3. 将生成的设计与德州仪器的其他可能解决方案进行比较。
WEBENCH电源设计师提供定制的电路图以及材料清单，其中包括实时定价和元件的可用性信息。
在大多数情况下，以下操作是可用的：
• 运行电气仿真以查看重要的波形和电路性能
• 进行热仿真以了解电路板的热性能
• 将定制的电路图和布局导出到流行的CAD格式
• 打印设计的PDF报告，并与同事分享设计
有关WEBENCH工具的更多信息，请访问www.ti.com/WEBENCH。
9.2.2.2 设置开关频率开关频率
开关频率是通过连接在TPS61089x的FSW引脚和SW引脚之间的电阻器来设定的。
要获得期望频率所需的电阻器阻值可以通过下面的方式计算：方程式 3
其中
• R_FREQ是连接在FSW引脚和SW引脚之间的电阻
• C_REQ = 24 pF
• f_SW是期望的开关频率
• t_DELAY = 86 ns
• V_IN 是输入电压
• V_OUT 是输出电压
9.2.2.3 设置峰值电流限制
峰值输入电流通过选择与所需电流限制相关的正确外部电阻值来设置。使用方程式 4来计算正确的电阻值：
其中：
• R_ILIM 是连接在ILIM引脚和地之间的电阻
• I_LIM 是开关的峰值电流限制
对于典型的8A电流限制，电阻值是127kΩ。考虑到设备变化以及温度公差，最坏情况下的最小电流限制可能比方程式4计算出的值低0.8A。在最低输入电压和最高输出功率时，最小电流限制必须高于所需的峰值开关电流，以确保TPS61089x不会触发电流限制，并且仍然能够在这些条件下调节输出电压。
9.2.2.4 设置输出电压
输出电压通过外部电阻分压器设定（在TPS61089x单芯锂离子电池到9-V/2-A输出转换器中的R1，R2）。通常，通过反馈分压器的最小电流为10μA，能提供良好的准确性和覆盖噪声。对于低端电阻R2，通常选择小于120kΩ的电阻。
当输出电压被调节时，FB引脚的典型电压为V_REF。因此，R1的值计算如下：
9.2.2.5 选择电感器
因为电感器的选择影响了电源在稳态运作、瞬态行为、环路稳定性和升压转换器效率，所以电感器是开关电源调节器设计中最重要的组件。影响电感器性能的三个最重要的规格参数是电感值、直流电阻和饱和电流。
TPS61089x设计用于配合0.47μH到10μH之间的电感值。0.47μH的电感器通常有更小或低轮廓的封装，而10μH的电感器产生较低的电感电流纹波。如果升压输出电流受到IC峰值电流保护的限制，使用10μH的电感器可以最大化控制器的输出电流能力。
电感器的值可以在无电流偏置的情况下具有±20%甚至±30%的公差。当电感器电流接近饱和水平时，它的电感值可以从0-A电流时减少20%到35%，这取决于电感器供应商如何定义饱和。在选择电感器时，确保其额定电流，尤其是饱和电流，大于操作期间的峰值电流。
按照方程式 6 到方程式 7 来计算电感器的峰值电流。为了计算最坏情况下的电流，请使用应用的最小输入电压、最大输出电压和最大负载电流。为了留有足够的设计余量，TI推荐使用最小切换频率、带有-30%公差的电感值以及低功率转换效率来进行计算。
在升压调节器中，按照方程式 6 计算电感器的直流电流。
其中：
• V_OUT 是升压调节器的输出电压
• I_OUT 是升
压调节器的输出电流
• V_IN 是升压调节器的输入电压
• η 是功率转换效率
按照方程式 7 计算电感器电流的峰对峰纹波。
其中：
• I_PP 是电感器的峰对峰纹波
• L 是电感器的电感值
• f_SW 是开关频率
• V_OUT 是输出电压
• V_IN 是输入电压
因此，电感器所承受的峰值电流 I_Lpeak，可以根据方程式 8 计算得出。
将TPS61089x的电流限制设置高于峰值电流I_Lpeak。然后选择一个其饱和电流高于设定电流限制的电感器。
升压转换器的效率依赖于其电流路径的电阻、与开关MOSFET相关的开关损耗，以及电感器的核心损耗。TPS61089x已经优化了内部开关电阻。然而，整体效率显著受到电感器直流电阻（DCR）、在开关频率下的等效串联电阻（ESR）以及核心损耗的影响。核心损耗与核心材料有关，不同的电感器具有不同的核心损耗。对于某一特定的电感器，较大的电流纹波会产生更高的DCR和ESR传导损失以及更高的核心损耗。通常，电感器的数据表不提供ESR和核心损耗信息。如有需要，请咨询电感器供应商以获取详细信息。
通常情况下，TI会推荐具有较低DCR和ESR的电感器。然而，在电感器的电感值、DCR和ESR电阻以及其占用空间之间存在一定的权衡。此外，屏蔽电感器通常比非屏蔽电感器具有更高的DCR。表9-2列出了TPS61089x推荐的电感器。通过之前的计算和工作台评估，验证推荐的电感器是否能够支持用户的目标应用。在这个应用中，选择了Sumida的电感器CDMC8D28NP-1R8MC，因为它体积小，直流电阻低。
表 9-2. 推荐电感器
9.2.2.6 输入电容选择
为了良好的输入电压滤波，TI推荐使用低ESR的陶瓷电容。VIN脚是TPS61089x的电源输入。推荐在TPS61089x的VIN脚尽可能近的地方使用0.1微法拉的陶瓷旁路电容。VCC脚是内部LDO的输出。VCC脚处需要一个大于1.0微法拉的陶瓷电容以获得LDO的稳定运作。
在功率级，由于电感电流纹波的存在，如果电源与电感之间存在寄生电感和电阻，输入电压会发生变化。建议有足够的输入电容来使输入电压纹波小于100毫伏。通常情况下，大多数应用足以使用10微法拉的输入电容。
注意
直流偏置效应：高容量陶瓷电容器存在直流偏置效应，这对最终的有效电容有很大影响。因此，必须谨慎选择合适的电容器值。额定电容值与有效电容值之间的差异源于封装尺寸、电压等级与材料的结合。一个额定10伏的0805封装的10微法拉电容器，在5伏输出电压下的有效电容可能低于5微法拉。
9.2.2.7 输出电容选择
为了小的输出电压纹波，TI推荐使用低等效串联电阻（ESR）的输出电容器，如陶瓷电容器。通常情况下，三个22微法拉的陶瓷输出电容器可以满足大多数应用。可以使用更高的电容值来改善负载瞬态响应。在评估电容器在直流偏置下的额定降容时需要注意。偏置可以显著降低电容值。陶瓷电容器在额定电压下可能会失去大部分的电容量。因此，在电压额定值上留有余量，以确保有足够的有效电容量。从所需的输出电压纹波出发，使用以下公式来计算最小所需有效电容量C O ：
其中
• V ripple_dis 是由于输出电容充放电引起的输出电压纹波。
• V ripple_ESR 是由输出电容的等效串联电阻（ESR）引起的输出电压纹波。
• V IN_MIN 是升压转换器的最小输入电压。
• V OUT 是输出电压。
• I OUT 是输出电流。
• I Lpeak 是电感器的峰值电流。
• ƒ SW 是转换器的开关频率。
• R ESR 是输出电容的等效串联电阻。
9.2.2.8 环路稳定性
TPS61089x 需要外部补偿，这允许环路响应针对每个应用进行优化。COMP引脚是内部误差放大器的输出。一个包含电阻R5、陶瓷电容C5和C6的外部补偿网络连接到COMP引脚。
恒定关断时间（COT）模式下的功率级小信号环路响应，采用峰值电流控制，可以通过方程式11建立模型。
其中
• D 是开关的占空比
• R O 是输出负载电阻
• R sense 是等效的内部电流感测电阻，其阻值为 0.08 Ω
• ƒ P 是极点频率
• ƒ ESRZ 是零点频率
• ƒ RHPZ 是右半平面零点的频率
D、ƒ P 、ƒ ESRZ 和 ƒ RHPZ 可以通过以下方程计算得出：
其中
• η 是功率转换效率。
其中
• C O 是输出电容器的有效电容。
其中
• R ESR 是输出电容器的等效串联电阻。
COMP 引脚是内部跨导放大器的输出。方程式 16 展示了补偿网络的小信号传递函数。
其中：
• G EA 是放大器的跨导
• R EA 是放大器的输出电阻
• V REF 是 FB 引脚的参考电压
• V OUT 是输出电压
• ƒ COMP1 、ƒ COMP2 是补偿网络补偿极点的频率
• ƒ COMZ 是补偿网络零点的频率
下一步是选择环路交叉频率，ƒ C。环路增益在交叉之前保持在零以上的频率越高，环路响应就越快。通常认为环路增益交叉不能高于开关频率，ƒ SW 的1/10，或者右半平面零点频率，ƒ RHPZ 的1/5。
在交叉频率处，环路增益为1。因此，可以通过方程式 17 计算 R5 的值，然后通过方程式 18 和方程式 19 设置 C5 和 C6 的值（在 TPS61089x 单电池锂离子电池到 9-V/2-A 输出转换器中）。
其中：
• ƒ C 是选择的交叉频率
C5 的值可以通过方程式 18 来设置。
C6 的值可以通过方程式 19 来设置。
如果计算得出的 C6 值小于 10 pF，可以不接它。
设计环路时，使相位裕度大于 45° 并且增益裕度大于 10 dB，可以消除在线路和负载瞬变期间的输出电压振铃。
9.2.3 应用曲线
10.电源推荐
该设备设计用于在2.7 V至12 V的输入电压供应范围内工作。这个输入供应必须是良好稳定的。如果输入电源位于距离转换器几英寸以上的地方，除了陶瓷旁路电容器外，可能还需要额外的大容量电容。一个典型的选择是使用47 μF的电解或钽电容器。
11.布局
11.1布局指南
对于所有开关电源，尤其是在高开关频率和高电流下运行的开关电源，布局是一个重要的设计步骤。如果布局不仔细，调节器可能会出现不稳定和噪声问题。为了最大限度地提高效率，开关上升时间和下降时间非常快。为了防止高频噪声辐射（例如EMI），高频开关路径的适当布局至关重要。尽可能减小连接到SW引脚的所有走线的长度和面积，并始终在开关调节器下方使用接地层，以尽可能降低层间耦合。输入电容需要靠近VIN引脚和GND引脚，以降低输入电源电流纹波。
对于所有升压转换器来说，最关键的电流路径是从开关FET开始，经过整流器FET，然后经过输出电容，最后回到开关FET的地。该高电流路径包含纳秒级上升时间和下降时间，应尽可能短。因此，输出电容不仅需要靠近VOUT引脚，还需要靠近GND引脚，以减少SW引脚和VOUT引脚的过冲。
11.2布局示例
底层的走线
11.2.1 热量考虑
在正常工作条件下，最大集成电路结温应限制在125°C以下。
计算最大允许耗散功率 PD(max)，并确保实际功耗小于或等于 PD(max)。最大功耗限制是使用方程式20来确定的。TPS61089x采用散热增强型VQFN封装。封装下方的焊盘提高了封装的散热能力。封装的实际结至环境热阻在很大程度上取决于PCB类型、布局和焊盘连接。使用厚PCB铜并将SW引脚、VOUT引脚和GND引脚焊接到大铜板上可增强散热性能。使用更多过孔连接IC周围顶层和底层的接地板，而不使用阻焊膜也可以提高散热能力。
其中：
• T_A是应用的最大环境温度
• R_θJA是芯片到环境的热阻，可在热信息表中找到相关数据。
TPS61089x采用了热性能增强的VQFN封装。封装下方的焊盘提高了封装的热能力。封装的实际芯片到环境热阻在很大程度上取决于PCB的类型、布局和焊盘连接。使用厚铜PCB并将SW引脚、VOUT引脚和GND引脚焊接到大铜板上可以增强热性能。使用更多的通孔将IC周围顶层和底层的接地板连接起来，也可以提高热能力，这个过程中不涂覆防焊油墨也是有益的。
12.设备和文档支持
12.1 设备支持
12.1.1 第三方产品免责声明
德州仪器(TI)发布的关于第三方产品或服务的信息并不构成对这些产品或服务的认可，也不能保证其适用性，或者表明这些产品或服务单独或与任何TI产品或服务结合使用的表现或质量。
12.1.2 开发支持
12.1.2.1 使用WEBENCH® 工具进行定制设计
点击此处使用WEBENCH® 电源设计师以TPS61089x设备创建定制设计。
1. 输入电压(VIN)、输出电压(VOUT)和输出电流(IOUT)的要求开始设计。
2. 使用优化器拨盘根据效率、占地面积和成本等关键参数优化设计。
3. 将生成的设计与德州仪器的其他可能解决方案进行比较。
WEBENCH电源设计师提供定制的电路图以及带有实时定价和元件可用性的材料清单。
在大多数情况下，可进行以下操作：
• 运行电气模拟以查看重要波形和电路性能
• 进行热模拟以了解板子的热性能
• 将定制的电路图和布局导出到流行的CAD格式
• 打印设计报告的PDF文件，并与同事共享设计
在www.ti.com/WEBENCH上获取有关WEBENCH工具的更多信息。
12.2 接收文档更新通知
要接收文档更新通知，请在ti.com上导航至设备的产品文件夹。点击“订阅更新”进行注册，即可每周接收产品信息更新摘要。有关更改的详细信息，请查看任何已修订文档中包含的修订历史记录。
12.3 支持资源
TI E2E™支持论坛是工程师获取快速、经过验证的答案和设计帮助的宝贵资源，可以搜索现有答案或提出自己的问题以获得所需的快速设计帮助。
链接的内容由各个贡献者“按原样”提供。这些内容并不构成TI的技术规范，也不一定反映TI的观点；请参阅TI的《使用条款》。
12.4 商标
HotRod™ 和 TI E2E™ 是德州仪器的商标。
WEBENCH® 是德州仪器的注册商标。
所有其他商标均为其各自所有者的财产。
12.5 静电放电注意事项
这种集成电路可能会因为静电放电(ESD)而受损。德州仪器建议处理所有集成电路时都应采取适当的预防措施。未能遵守适当的处理和安装程序可能会导致损坏。静电放电的损害可能从微妙的性能退化到完全的器件故障不等。精密集成电路可能更容易受到损害，因为非常小的参数变化可能导致器件不符合其发布的规格。
13.机械、封装和订购信息
以下几页包含了机械、封装和订购信息。这些信息是关于指定设备最新的可用数据。这些数据如有变动，恕不另行通知，也不会修订本文档。要查看此数据表的基于浏览器的版本，请参阅左侧导航。
www.ti.com 2023年11月9日
(1) 市场状态值定义如下：
ACTIVE: 推荐用于新设计的产品设备。
LIFEBUY: 德州仪器已宣布该设备将停产，并且正在进行终身购买期。
NRND: 不推荐用于新设计。设备仍在生产以支持现有客户，但德州仪器不建议在新设计中使用此部件。
PREVIEW: 设备已宣布但尚未投产。样品可能有，也可能没有。
OBSOLETE: 德州仪器已停止该设备的生产。
(2) RoHS: 德州仪器将"RoHS"定义为符合现行欧盟RoHS要求的半导体产品，包括所有10种RoHS物质的要求，即RoHS物质在均匀材料中的重量百分比不超过0.1%。在设计用于高温焊接的情况下，"RoHS"产品适用于指定的无铅工艺。德州仪器可能将这类产品称为"无铅"（Pb-Free）。
RoHS Exempt: 德州仪器将"RoHS Exempt"定义为含铅但符合特定欧盟RoHS豁免的产品。
Green: 德州仪器将"Green"定义为氯（Cl）和溴（Br）基阻燃剂的含量满足JS709B低卤要求，即<=1000ppm的阈值。以三氧化二锑为基础的阻燃剂也必须满足<=1000ppm的阈值要求。
(3) MSL, Peak Temp. - 根据JEDEC行业标准分类的湿敏等级MSL评级，以及最高焊接温度。
(4) 可能会有额外的标记，这与标志、批次追踪代码信息或设备上的环保类别有关。
(5) 多个设备标记将在括号内。在设备上仅会出现一个在括号内并用"~"分隔的设备标记。如果一行缩进，则它是前一行的延续，两者结合代表了该设备的全部设备标记。
(6) 铅完成/球材料 - 可订购的设备可能有多种材料完成选项。完成选项由垂直规则线分隔。如果完成值超出最大列宽，铅完成/球材料值可能会换行。
重要信息和免责声明：此页面上提供的信息代表德州仪器在提供之日的知识和信念。德州仪器的知识和信念基于第三方提供的信息，并不对该信息的准确性作出任何陈述或保证。德州仪器正在努力更好地整合来自第三方的信息。德州仪器已采取并继续采取合理措施提供代表性和准确的信息，但可能尚未对进货材料和化学品进行破坏性测试或化学分析。德州仪器及其供应商认为某些信息是专有的，因此CAS号码和其他有限信息可能无法提供。
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封装尺寸
注释：
1. 所有线性尺寸单位为毫米。任何括号内的尺寸仅供参考。尺寸和公差符合ASME Y14.5M标准。
2. 此图纸如有更改，恕不另行通知。
注释：（续）
3. 该封装设计用于焊接到板上的热垫。更多信息，请参阅德州仪器文献编号SLUA271（www.ti.com/lit/slua271）。
4. 焊膏掩模在信号垫之间以及周围的公差可能基于板材制造地点而有所不同。
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