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TPS5450是一款高输出电流PWM转换器，集成了一个低电阻，高端N沟道MOSFET。 具有列出功能的基板包含一个高性能电压误差放大 器，可在瞬态条件下提供严格的电压调节精度; 一个欠压锁定电路，用于在输入电压达到5.5 V之前防止启动; 一个内部设置的慢 启动电路来限制浪涌电流; 和一个电压前馈电路，以改善瞬态响应。 使用ENA引脚， 宽输入电压范围：5.5 V至36 V 高达5 A连续（6 A峰值）输出电流 高效率大于90％，使能达到110mΩ 集成MOSFET开关 宽输出电压范围：可调低至1.22 V 初始准确度为1.5％ 5-A，宽输入范围，降压SWIFT™转换器 特征 •宽输入电压范围：5.5 V至36 V
•宽输出电压范围：向下可调
以1.5％的初始准确度电流为1.22 V.
•110mΩ集成MOSFET开关实现了高于90％的高效率
•宽输出电压范围：在1.5％初始准确度下可调低至1.22 V.
•内部补偿最大限度地减少外部元件数量
•固定500 kHz开关频率，适用于小尺寸滤波器
•18μA关断电源电流
•通过输入电压前馈改善线路调整和瞬态响应
•系统受过流限制，过压保护和热关断保护
•-40°C至125°C工作结温范围
•采用小型散热增强型8引脚SOIC PowerPAD™封装
应用 •高密度负载点稳压器 •液晶显示器，等离子显示器 •电池充电器 •12-V / 24-V分布式电源系统 描述 作为SWIFT™DC / DC稳压器系列的一员，TPS5450是一款高输出电流PWM转换器，集成了一个低阻高端N沟道MOSFET。具有列出功能的基板包含一个高性能电压误差放大器，可在瞬态条件下提供严格的电压调节精度;一个欠压锁定电路，用于在输入电压达到5.5 V之前防止启动;一个内部设置的慢启动电路来限制浪涌电流;和一个电压前馈电路，以改善瞬态响应。使用ENA引脚，关断电源电流通常会降至18μA。其他功能还包括高电平有效使能，过流限制，过压保护和热关断。为了降低设计复杂性和外部元件数量，TPS5450反馈回路在内部进行了补偿。
TPS5450器件采用散热增强型8引脚SOIC PowerPAD™封装。 TI提供评估模块和软件工具以提供帮助
实现高性能电源设计
以满足积极的设备开发周期。 请注意，关于可用性，标准保修和在德克萨斯州关键应用中使用的重要通知
仪器半导体产品和免责声明出现在本数据表的末尾。
SWIFT，PowerPAD是德州仪器的商标。
这些器件具有有限的内置ESD保护。 导线应短接在一起或将器件放置在导电泡沫中
在储存或处理期间防止静电损坏MOS门。 订购信息 - 有关最新的封装和订购信息，请参阅本文档末尾的封装选项附录，或者参阅TI
网站。 - （2）DDA包也可用录音和卷轴。 为设备类型添加R后缀（即TPS5450DDAR）。 参见应用部分
PowerPAD™绘图和布局信息的数据表。
绝对最大额定值 超过工作自由空气温度范围（除非另有说明）（1）（2） - 超出绝对最大额定值列出的强度可能会导致设备永久性损坏。 这些是压力评级
只能在这些或任何其他超出建议操作条件下的条件下操作设备
并不暗示条件。 暴露于绝对最大额定条件下可能会影响器件的可靠性。 - 所有电压值都是针对网络接地端子。
- 接近VIN引脚的绝对最大额定值可能会导致PH引脚上的电压超过绝对最大额定值。
耗散额定值（1）（2） - 最大功耗可能受过电流保护限制。
（2）在特定环境温度TA下的功率额定值应该在结温为125°C的情况下确定。 这是关键
失真开始大幅增加。 最终PCB的热管理应力求将结温保持在或
低于125°C以获得最佳性能和长期可靠性。 有关更多信息，请参见本数据表的应用部分中的热计算部分
信息。 - （3）测试板条件：
- 2英寸×1.85英寸，4层，厚度：0.062英寸（1,57毫米）。
b - 2盎司。 铜线位于PCB的顶部和底部。
- 2盎司。 两个内部层上的铜接地层。
- 器件封装下的PowerPAD区域有4个散热孔。
推荐工作条件 电气特性 TJ = -40°C至125°C，VIN = 5.5 V至36 V（除非另有说明） 引脚分配 DDA包装（顶视图）
终端功能 典型特征 振荡频率与结温的关系 非开关静态电流与结温 关断静态电流与输入电压 参考电压与结温 电阻与结温的关系 内部慢速起动时间与结温 最低可控制时间与结温
最低可控占空比与结温 应用信息 功能框图
详细说明 振荡器频率 内部自由运行的振荡器将PWM开关频率设置为500 kHz。 500 kHz开关
频率允许较小的输出电感以满足相同的输出纹波要求，从而实现较小的输出
电感器。 电压参考 电压参考系统通过缩放温度输出来产生精确的参考信号
稳定的带隙电路。 带隙和缩放电路在生产测试期间被修整为输出
室温下为1.221 V. 启用（ENA）和内部慢启动 ENA引脚提供稳压器的电气开/关控制。 一旦ENA引脚电压超过阈值
电压，稳压器开始工作，内部慢启动开始上升。 如果ENA引脚电压被拉
低于阈值电压，稳压器停止开关，内部慢启动复位。 连接引脚
接地或任何低于0.5 V的电压将禁用稳压器并激活关断模式。该
TPS5450在关断模式下的静态电流通常为18μA。
ENA引脚具有内部上拉电流源，允许用户浮动ENA引脚。 如果是应用程序
需要控制ENA引脚，使用开漏或集电极开路输出逻辑与引脚连接。 限制
启动浪涌电流，一个内部慢启动电路用于将参考电压从0 V上升至其
最终值，线性。 内部慢启动时间通常为8 ms。
应用信息（续） 欠压锁定（UVLO） TPS5450集成了一个欠压闭锁电路，以防止VIN（输入端）
电压）低于UVLO启动电压阈值。 在加电期间，内部电路保持不活动状态
内部慢启动接地，直到VIN超过UVLO启动阈值电压。 一旦UVLO开始
达到阈值电压时，内部慢启动被释放并且器件启动开始。 设备运行
直到VIN降至UVLO停止阈值电压以下。 UVLO比较器的典型滞后是330
毫伏。 升压电容（BOOT） 在BOOT引脚和PH引脚之间连接一个0.01μF低ESR陶瓷电容。 这个电容提供了
用于高侧MOSFET的栅极驱动电压。 推荐使用X7R或X5R级电介质
稳定的温度值。 输出反馈（VSENSE）和内部补偿 调节器的输出电压通过反馈外部电阻分压器的中点电压来设置
网络连接到VSENSE引脚。 在稳态操作中，VSENSE引脚电压应等于电压
参考1.221 V. TPS5450采用内部补偿来简化稳压器设计。 自TPS5450使用
电压模式控制，已经在芯片上设计了3型补偿网络以提供高分频
频率和高相位裕度以获得良好的稳定性。 见内部补偿网络
应用程序部分了解更多详情 电压前馈 尽管输入有任何变化，但内部电压前馈可提供恒定的直流功率级增益
电压。 这极大地简化了稳定性分析并改善了瞬态响应。 电压前馈
与输入电压成反向改变峰值斜坡电压，使调制器和功率级增益
在前馈增益处恒定，即 前馈增益 =  TPS5450的典型前馈增益为25。 脉宽调制（PWM）控制 该稳压器采用固定频率脉宽调制（PWM）控制方法。 首先，反馈
电压（VSENSE引脚电压）通过高增益误差放大器与恒定电压基准进行比较
补偿网络产生一个误差电压。 然后，误差电压与斜坡电压进行比较
PWM比较器。 通过这种方式，误差电压幅度被转换为占空比的脉冲宽度
周期。 最后，PWM输出被馈送到栅极驱动电路以控制高端MOSFET的导通时间。 过流限制 通过检测高端MOSFET两端的漏极 - 源极电压来实现过流限制。该
然后将漏源电压与表示过电流阈值极限的电压电平进行比较。 如果
漏极 - 源极电压超过过流阈值限制，过电流指示器设置为真。 系统
将忽略在每个周期开始时的前沿消隐时间的过流指示器以避免
任何开机噪音故障。
一旦过流指示器设置为真，就会触发过流限制。 高端MOSFET被关闭
传播延迟后的周期的其余部分。 过流限制模式称为逐周期电流
限制。
应用信息（续） 有时在严重的过载情况下，如短路，过电流失控仍可能发生
当使用逐周期电流限制时。 使用第二种电流限制模式，即打嗝模式
过流限制。 在打嗝模式下的过流限制中，参考电压接地，
高压侧MOSFET在打嗝时间关闭。 一旦打嗝持续时间完成，调节器
在慢启动电路的控制下重新启动。 过压保护 TPS5450具有过压保护（OVP）电路，可以在恢复时尽量减少电压过冲
输出故障状态。 OVP电路包括一个过压比较器来比较VSENSE引脚电压
和112.5％x VREF的阈值。 一旦VSENSE引脚电压高于阈值，高端
MOSFET将被强制关闭。 当VSENSE引脚电压下降低于阈值时，高端
MOSFET将再次启用。 热关机 TPS5450通过内部热关断电路保护自己免受过热。 如果路口
温度超过热关断跳闸点，参考电压接地并且高端
MOSFET关闭。 交点时，该部分在慢启动电路的控制下自动重启
温度比热关断跳闸点低14°C。 PCB布局 将一个低ESR陶瓷旁路电容连接到VIN引脚。应该小心使环路面积最小化
由旁路电容连接，VIN引脚和TPS5450接地引脚组成。做到这一点的最佳方式
是从靠近VIN轨迹的设备下方延伸顶部接地区域，并放置旁路
电容尽可能靠近VIN引脚。建议的最小旁路电容为4.7μF
陶瓷与X5R或X7R电介质。
在IC正下方的顶层应该有一个接地区域，并有一个暴露的连接区域
到PowerPAD。使用过孔将此接地区域连接到任何内部接地层。使用额外的过孔
输入和输出滤波电容的接地端也是如此。 GND引脚应该连接到PCB的地
将其连接到设备下面的地面区域，如下所示。
PH引脚应连接到输出电感，钳位二极管和启动电容。由于PH连接是
开关节点，电感应该非常靠近PH引脚和PCB导体的面积
最小化以防止过度的电容耦合。钳位二极管也应放置在设备附近
以最小化输出电流环路面积。在相位节点和BOOT引脚之间连接启动电容
如图所示。保持启动电容靠近IC，并尽量减少导体走线长度。组件
展示的展示位置和连接效果良好，但其他连接路线也可能有效。
如图所示，在VOUT走线和GND之间连接输出滤波电容。保持这一点很重要
由PH引脚，Lout，Cout和GND形成的环路尽可能小。
使用电阻分压器网络将VOUT走线连接到VSENSE引脚，以设置输出电压。不要
将此跟踪路线与PH迹线靠得太近。由于IC封装和器件引脚的大小，迹线
可能需要在输出电容下进行路由。或者，路由可以在替代层完成，如果a
不希望输出电容下的迹线。
如果使用图9所示的接地方案，请使用通向不同层的路径连接到ENA
销。 图10. TPS5450焊盘图案 应用电路 图11显示了典型TPS5450应用的原理图。 TPS5450可以提供高达5 A的输出
额定输出电压为5 V时的电流。对于正确的散热性能，暴露的PowerPAD™
在设备下方必须焊接到印刷电路板上。 设计程序 以下设计程序可用于选择TPS5450的元件值。 或者，
SWIFT™Designer软件可用于生成完整的设计。 SWIFT™Designer软件
使用迭代设计过程并在生成一个组件时访问组件的全面数据库
设计。 本节简要介绍了设计过程。
要开始设计过程，必须确定一些参数。 设计师需要知道的
以下：
•输入电压范围
• 输出电压
•输入纹波电压
•输出纹波电压
•输出电流额定值
• 工作频率 设计参数 对于此设计示例，请使用以下内容作为输入参数： 开关频率 TPS5450的开关频率在内部设置为500 kHz。 无法调整切换
频率。 输入电容器 TPS5450需要一个输入去耦电容，并根据应用情况提供一个大容量输入电容。
推荐的最小去耦电容为4.7μF。 高品质的陶瓷型号X5R或X7R是
需要。 对于某些应用，只要输入电压可以使用较小值的去耦电容
并且不会超过电流纹波额定值。 额定电压必须大于最大输入电压，
包括波纹。
该输入纹波电压可以近似为公式2： IOUT（MAX）
是最大负载电流，fSW是开关频率，CIN是输入电容值和
ESRMAX是输入电容的最大串联电阻。 对于这种设计，输入电容组成
的两个4.7μF电容C1和C4并联。 额外的高频旁路电容C5也被使用。
最大RMS纹波电流也需要检查。 对于最坏的情况，这可能是
由等式3近似： 在这种情况下，输入纹波电压为281 mV，RMS纹波电流为2.5 A.
输入电容器两端的电压为VIN max加上VIN / 2。 所选输入去耦电容
额定电压为50 V，纹波电流容量均大于2.5 A，提供足够的余量。 这个很
重要的是在任何情况下都不会超过电压和电流的最大额定值。
此外，可能需要一些大容量电容，特别是如果TPS5450电路不在大约内
距输入电压源2英寸。 这个电容的值并不重要，但它也应该被评定为
处理包括纹波电压在内的最大输入电压，并应对输出进行滤波以使输入纹波电压
可以接受。 输出滤波器组件 需要为输出滤波器L1和C2选择两个组件。 由于TPS5450是内部的
补偿设备，可以支持有限范围的过滤器组件类型和值。 电感选择 要计算输出电感的最小值，请使用公式4： KIND是表示相对于最大输出电流的电感纹波电流量的系数。
确定电感中纹波电流的数量时需要考虑三件事：峰值为
峰值纹波电流会影响输出纹波电压幅度，纹波电流会影响峰值开关电流
并且纹波电流的大小决定了电路在哪一点变得不连续。 用于设计
TPS5450，0.2到0.3的KIND产生良好的结果。 配对时可以获得低输出纹波电压
使用合适的输出电容时，峰值开关电流将远低于电流限制设定值
在不连续操作之前可以获得相对较低的负载电流。
对于本设计示例，使用KIND = 0.2，最小电感值计算为10.4μH。 更高
标准值为15μH，用于本设计。 对于输出滤波电感，重要的是不要超过RMS电流和饱和电流额定值。
RMS电感电流可以从公式5中找到： 并且峰值电感电流可以用公式6确定： 对于这种设计，RMS电感电流为5.004 A，峰值电感电流为5.34 A.
电感是Sumida CDRH1127 / LD-15015μH。 它的饱和和最小额定电流均为5.65 A
RMS电流。 一般来说，与TPS5450一起使用的电感值范围为10μH至100μH。 电容选择 输出电容的重要设计因素是直流电压额定值，纹波电流额定值和等效电路
串联电阻（ESR）。不能超过直流电压和纹波电流额定值。 ESR很重要
因为与电感纹波电流一起决定了输出纹波电压的大小。实际值
的输出电容并不重要，但确实存在一些实际限制。考虑两者之间的关系
设计的所需闭环交叉频率和输出滤波器的LC转角频率。因为
设计内部补偿时，最好将闭环交叉频率保持在3的范围内
kHz至30 kHz，因为此频率范围具有足够的相位提升以保证稳定的工作。对于这种设计
例如，假定预期的闭环交叉频率将在2590Hz和24kHz之间
也低于输出电容的ESR零点。在这些情况下，闭环交叉
频率与LC转角频率有关： 并且输出滤波器的期望输出电容值为： 对于12 kHz的理想分频器和15μH电感，输出电容的计算值为330μF。
应选择电容器类型，以使ESR零点高于环路交叉点。 最大ESR
应该： 输出电容的最大ESR也决定了初始指定的输出纹波量
设计参数。 输出纹波电压是电感纹波电流乘以输出滤波器的ESR。
检查电容数据手册中列出的最大规定ESR是否可以接受
纹波电压： 注：
ΔVPP是所需的峰峰值输出纹波。
NC是并联输出电容器的数量。
FSW是开关频率。
对于这个设计实例，为C3选择一个330μF的输出电容。 计算出的RMS纹波电流为
143 mA，所需的最大ESR为40mΩ。 满足这些要求的电容器是三洋
Poscap 10TPB330M，额定电压为10 V，最大ESR为35mΩ，纹波电流额定值为3 A.
额外的小型0.1μF陶瓷旁路电容器C6也用于此设计。
输出电容的最小ESR也应考虑在内。 对于良好的相位裕量，ESR为零
当ESR最小时，不应该过高于24 kHz和54的内部补偿极点
千赫。
所选输出电容的额定电压也必须大于所需输出电压加1
一半的纹波电压。 任何降额额也必须包括在内。 中的最大RMS纹波电流
输出电容由公式11给出： 注：
NC是并联输出电容的数量。
FSW是开关频率。 其他电容器类型可以与TPS5450一起使用，具体取决于应用的需要。 输出电压设定值 TPS5450的输出电压由输出到VSENSE引脚的电阻分压器（R1和R2）设置。
使用公式12计算5 V输出电压的R2电阻值： 对于任何TPS5450设计，从R1值为10kΩ开始。 对于最接近但至少5 V的输出电压，R2是3.16kΩ。 启动电容器 启动电容应为0.01μF。 捕捉二极管 TPS5450设计用于在PH和GND之间使用外部钳位二极管。 所选二极管
必须符合应用的绝对最大额定值：反向电压必须高于最大值
PH引脚电压，即VINMAX + 0.5 V.峰值电流必须大于IOUTMAX加上一半
峰峰值电感电流。 为了获得更高的效率，正向压降应该很小。 重要的是要
请注意，捕获二极管的导通时间通常比高端FET导通时间要长，因此需要注意
二极管参数可以使整体效率显着提高。 另外，检查设备
选择能够消散功率损失。 对于这种设计，选择了Diodes公司的B540A，
40V的反向电压，5A的正向电流和0.5V的正向电压降。 高级信息 输出电压限制 由于TPS5450的内部设计，任何给定的输出电压都有上限和下限
输入电压。 输出电压设定点的上限受最大占空比87％的限制，
并由以下给出： 注：
VINMIN =最小输入电压
IOMAX =最大负载电流
VD =钳位二极管正向电压。
RL =输出电感串联电阻。 该等式假设内部高端FET的导通电阻最大。
下限受可控制的最小时间限制，可能高达200ns。该
给定输入电压和最小负载电流的近似最小输出电压由下式给出： 注：
VINMAX =最大输入电压
IOMIN =最小负载电流
VD =钳位二极管正向电压。
RL =输出电感串联电阻。
这个等式假定高侧FET的标称导通电阻并且考虑到最坏情况下的变化
工作频率设定点。 任何接近设备操作限制的设计应该是
仔细检查以确保功能正常。 内部补偿网络 示例电路中给出的设计公式可用于使用TPS5450生成电路。 这些
设计基于某些假设，并且倾向于始终在有限范围内选择输出电容器
的ESR值。 如果需要使用不同类型的电容器，则可以将其中一个适用于内部补偿
的TPS5450。 公式15给出了内部电压模式III的标称频率响应
补偿网络： 注：
Fp0 = 2165Hz，Fz1 = 2170Hz，Fz2 = 2590Hz
Fp1 = 24kHz，Fp2 = 54kHz，Fp3 = 440kHz
Fp3代表非理想的寄生效应。
利用这些信息以及所需的输出电压，前馈增益和输出滤波器特性，
可以导出闭环传递函数。 热计算 以下公式显示了如何估算连续导通模式下的器件功耗
操作。 如果器件在非连续导通模式下在轻载下工作，则不应使用它们。 传导损耗：Pcon = IOUT
2
x RDS（on）x VOUT / VIN
开关损耗：Psw = VIN×IOUT×0.01
静态电流损耗：Pq = VIN×0.01
总损失：Ptot = Pcon + Psw + Pq
给定TA =>估计的结温：TJ = TA + Rth×Ptot
给定TJMAX = 125°C =>估计的最大环境温度：TAMAX = TJMAX - Rth x Ptot 性能图 性能曲线图（图12至图18）适用于图11中的电路。Ta = 25°C。
除非另有规定。 包装信息 - 营销状况值定义如下：
ACTIVE：推荐用于新设计的产品设备。
LIFEBUY：德州仪器宣布该设备将停产，终身购买期将生效。
NRND：不建议用于新设计。 器件已投入生产以支持现有客户，但TI不建议使用此器件
一个新的设计。
预览：设备已宣布，但尚未投入生产。 样品或提供或不提供。
停产：TI已停止生产该设备。 - 环保计划 - 计划的环保分类：无铅（RoHS），无铅（RoHS豁免）或绿色（RoHS和无Sb / Br）
待定：无铅/绿色转换计划尚未定义。
无铅（RoHS）：TI的术语“无铅”或“无铅”是指符合当前RoHS要求的半导体产品
对于所有6种物质，包括在均质材料中铅含量不超过0.1％的要求。在哪里设计焊接
在高温下，TI无铅产品适用于特定的无铅工艺。
无铅（RoHS豁免）：该组件具有RoHS豁免，可用于1）芯片与芯片之间使用的基于铅的倒装芯片焊料凸点
封装，或2）芯片和引线框之间使用的铅基裸片粘合剂。该组件被视为无铅（RoHS
如上所述。 - （3）MSL，峰值温度。 - 根据JEDEC行业标准分类的潮湿敏感度等级和峰值焊料
温度。
重要信息和免责声明：此页面上提供的信息代表TI在截至当日的知识和信念
提供。 TI基于其对第三方提供的信息的知识和信念，并且不对此进行任何表示或保证
这些信息的准确性。目前正在努力更好地整合来自第三方的信息。 TI已经并将继续采取
合理的步骤提供有代表性和准确的信息，但可能没有进行破坏性测试或化学分析
来料和化学品。 TI和TI供应商认为某些信息是专有的，因此CAS号码和其他限制
信息可能无法发布。
在任何情况下，TI因此类信息所产生的责任均不得超过本TI出售TI器件的总购买价格
每年给客户。
绿色（RoHS和无Sb / Br）：TI将“绿色”定义为无铅（符合RoHS），并且不含溴（Br）和锑（Sb）基火焰
阻燃剂（均相材料中Br或Sb不超过0.1重量％）
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