TX4120XH

TX4120xH 36V、1A 单片式降压型开关稳压器 1 特征                 1A 连续输出电流能力 4.5V 至 36V 宽工作输入范围，33V 输入过压保护 集成 36V、150mΩ 高边和 36V、100mΩ 低端功率 MOSFET 开关 高达 93.5% 的效率 内部软启动限制开启时的浪涌电流 内部补偿以节省外部元件 输入欠压锁定 输入过压保护以保护设备免受在高压大电流条件 下工作 输出过压保护 具有高端电流限制和低端电流限制的输出短路 保护，可在硬短路情况下保护器件 过温保护 轻载时的脉冲跳跃模式改善轻载效率 稳定的低 ESR 陶瓷输出电容器 固定 500KHz 开关频率 最少的外部组件和密集的内部保护功能 提供 SOT23-6 封装 2 应用    USB车载充电器 便携式充电设备 通用 DC-DC 转换 3 描述 4120xH是一款单片36V、1A降压开关稳压器。 4120xH集成了一个36V,150mΩ高侧和一个 36V、100mΩ 低侧 MOSFET，可在4.5V 至 36V 宽工作输入电压范围内 提供 1A 连续负载电流，并具有33V 输入过压保护。 峰值 电流模式控制提供快速瞬态响应和逐周期电流限制。 4120xH具有可配置的线路压降补偿、可配置的充电电流 限制。 CC/CV模式控制提供恒流充电和恒压充电阶段之 间的平滑过渡。 内置软启动可防止上电时的浪涌电流。 4 典型应用示意图 TX4120xH TX4120DH 图 1 示意图 工作模式 1：CS 到 GND，带感应电阻 TX4120xH TX4120EH 图 2 示意图 工作模式 2：CS 到 GND TX4120xH TX4120xH TX4120FH 图 3 示意图 工作模式 0：CS 悬空 1 of 10 TX4120xH 5 引脚配置和功能 TX4120xH SOT 23-6 封装 4120xH 引脚功能（SOT23-6 封装） 序号 引脚 名称 1 FB 2 GND 描述 反馈输入。 FB 感应输出电压。 将 FB 与连接在输出和地之间的电阻分压器连接。 FB是一个 敏感节点。 使 FB 远离 SW 和 BST 引脚。 当 CS 引脚悬空或连接到输出时，FB 直接连接到 输出，因为内部电阻分压器用于设置输出电压 接地 3 VIN 电源输入。 Vin 为 IC 供电。 使用 4.5V 至 36V 电源为 Vin 供电。 使用大电容和至少另一个 0.1uF 陶瓷电容将 Vin 旁路至 GND，以消除 IC 输入上的噪声。 将电容器靠近 Vin 和 GND 引脚。 4 SW 电源开关引脚。 将此引脚连接到电感的开关节点。 5 BST 自举引脚。 在 SW 和 BST 之间连接一个 0.1µF 或更大的电容器，为高端栅极驱动器供电。 6 CS 电流检测输入。 在此引脚和 GND 之间连接一个 10mΩ 至 100mΩ 的电阻器以设置电流限 制。 CS引脚也用于设置工作模式如下： 工作模式0： 当 CS 悬空或拉至输出时，CC 环路将被禁用，并且没有线路补偿。 内部电阻分压器用于设 置输出电压。 使用内部电阻分压器将输出电压自动设置为 5.1V 左右。 在这种工作模式下需 要的外部组件最少。 工作模式一： 当 CS 引脚通过电流检测电阻连接到 GND 时，CC 回路将被启用。 电流限制将由感测电阻 器设置。 图 1 中的 R1 也可用于编程线路压降补偿。 6 设备标记信息 部件号 4120xH 订购信息 TX4120xH 封装 SOT23-6 包装数量 3000 顶部标记 TX4120xH 4120xH: 零件号 TX4120xH: C4:批号.;YMD：包装日期 TX4120xH 2 of 10 TX4120xH 7 规格 7.1 绝对最大额定值（注1） 参数 输入电压 输出电压 最小 最大 VIN to GND -0.3 36 VEN to GND -0.3 6 VCS to GND -0.3 6 VFB to GND -0.3 6 VLED to GND -0.3 6 VBST to VSW -0.3 6 VSW to GND -1 VIN+ 0.3 单位 V V 7.2 处理等级 参数 定义 TST 储存温度范围 TJ 结温 TL 引线温度 HBM 人体模型 VESD 最小 最大 单位 -65 150 °C +160 °C +260 4 °C kV 500 V 2 CDM 充电器设备型号 7.3 推荐的工作条件（注 2） 参数 最小 最大 单位 VIN to GND 6.5 30 V FB -0.3 3.3 V 输出电压 VOUT 0.5 VIN*Dmax V 输出电流 IOUT 0 1 A 温度 工作结温范围，TJ -40 +125 °C 输入电压 7.4 热信息（注 3） 符号 θJA θJC 描述 结到环境热阻 结壳热阻 SOT23-6 110 45 单位 °C/W 注意: 1) 超过这些额定值可能会损坏设备。 2) 在推荐的操作条件之外，不保证设备功能。 3)在大约 1 英寸见方的 1 盎司铜上测量。 TX4120xH 3 of 10 TX4120xH 7.5 电气特性（Vin = 12V、TJ=25°C 时的典型值，除非另有说明。） 符号 状况 范围 最小 经典 最大 0 10 单位 降压转换器 场效应管 Ileak_sw 高边开关漏电流 VEN = 0V, VSW= 0V µA RDS(ON)_H 高边开关导通电阻 IOUT = 1A, VOUT = 3.3V 250 mΩ RDS(ON)_L 低侧开关导通电阻 IOUT = 1A, VOUT = 3.3V 140 mΩ V V VFB =0.9V 4.5 4.3 0.3 1 mA 6.5V ≤ VIN ≤ 33V 500 0.9 kHz V 电源电压 (VIN) VUVLO_up 启动时的最小输入电压 VUVLO_down VUVLO_hys IQ-NONSW 工作静态电流 控制回路 Foscb 降压振荡器频率 VFB 反馈电压 VFB_OVP 反馈过压阈值 1.1* VFB V Dmax 最大占空比（注 4） 98 % Ton 最短准点时间（注 4） 100 ns 保护 Iocl_hs 开关电流上限 最小占空比 3.5 A Iocl_ls 下开关电流限制 从漏到源 1 A Vinovp 输入过压保护 33 V Thsd 热关断（注 4） 155 °C Thsdhys 热关断滞后（注 4） 15 °C 注意: 4) 由设计保证，未经生产测试。 TX4120xH 4 of 10 TX4120xH 8 典型特征 Vin = 12V, Vo = 5V Ch1: SW Ch1: SW Ch2:VOUT Ch3: VIN Vin = 12V, Vo = 5V Ch4:IL Ch1: SW Vin = 24V, Vout = 5V Vin = 24V, Vout = 5V Ch2:VOUT Ch3: VIN Ch4:IL Ch1: SW Ch2:VOUT Ch3: VIN 图 10. 稳态波形，Iout = 0A Ch2:VOUT Ch3: VIN Ch4:IL Ch4:IL 图 9 .启动波形，Iout = 1A Vin = 12V, Vout = 5V Vin = 12V, Vout = 5V TX4120xH Ch3: VIN 图 7 .启动波形，Iout = 1A 图 8. 启动波形，Iout = 0A Ch1: SW Ch2:VOUT 图 6 .启动波形，Iout = 0A Ch4:IL Ch1: SW Ch2:VOUT Ch3: VIN Ch4:IL 图 11. 稳态波形，Iout = 1A 5 of 10 TX4120xH Vin = 24V, Vout = 5V Ch1: SW Ch2:VOUT Ch3: VIN Vin = 24V, Vout = 5V Ch4:IL Ch1: SW 图 12 .稳态波形，Iout = 0A Ch2:VOUT Ch3: VIN 图 14 .关断波形，Iout = 0A TX4120xH Ch3: VIN Ch4:IL 图 13 .稳态波形，Iout = 1A Vin = 12V, Vout = 5V Ch1: SW Ch2:VOUT Vin = 12V, Vout = 5V Ch4:IL Ch1: SW Ch2:VOUT Ch3: VIN Ch4:IL 图 15 .关断波形，Iout = 1A 6 of 10 TX4120xH 9 详细说明 9.1概述 4120xH 是一款易于使用的同步降压 DC-DC 转换器，可在 4.5V 至 36V 电源电压范围内运行。 它能够以非常小的解决方案 尺寸提供高达 1A 的连续负载电流，并具有高效率和热性能。 4120xH 还集成了输入过压和输出过压保护。 此功能可帮助客户轻松设计安全的 DC-DC 转换器。 开关频率固定在 500 kHz 开关频率，以最小化电感器尺寸并提高 EMI 性能。 SLEEP HSOCL 9.2 功能框图 图 16. 4120xH 图 9.3 峰值电流模式控制 4120xH 采用固定的 500 kHz 频率峰值电流模式控制。 输出电压由 FB 引脚上的外部反馈电阻串检测并馈送到内部误差放 大器。误差放大器的输出将通过内部PWM比较器与高端电流检测信号进行比较。当第二个信号高于第一个信号时，PWM比 较器会产生一个关断信号来关断高端开关。 误差放大器的输出电压会随着输出负载电流成比例增加或减少。 4120xH内部具 有逐周期峰值电流限制功能，有助于将负载电流保持在安全区域。 9.4 轻负载效率的休眠操作 4120xH 具有帮助提高轻载效率的内部功能。 当输出电流较低时，4120xH 将进入睡眠模式。 9.5 设置输出电压 输出电压由从输出节点到 FB 引脚的电阻分压器设置。 该电阻分压器的 1% 电阻精度是首选。 输出电压值设置为下面的等 式 1（R1 是上电阻，R2 是下电阻）。 Vout =Vref × R1 +R2 R2 (1) Vref 为 4120xH 的内部参考电压，即 0.9V。 TX4120xH 7 of 10 TX4120xH 9.6 斜率补偿 为避免高占空比下的次谐波振荡，4120xH 为流经高端开关的电流感测信号添加了斜率补偿斜坡。 9.7 误差放大器 误差放大器将 FB 电压与内部参考电压 (Vref) 进行比较，并输出与这两个信号之间的差值成正比的电流。 该输出电流 对内部补偿网络进行充电或放电，以产生误差放大器输出电压，用于控制功率 MOSFET电流。 优化的内部补偿网络最大限 度地 减少了外部元件数量并简化了控制回路设计。 9.8 内部 LDO 提供的自举电压 4120xH 有一个内部 LDO 来提供高边开关消耗的能量。 在 BST 引脚上，4120xH 需要在 BST 和 SW 引脚之间使用 一个100nF之类的小型陶瓷电容器来为高端开关提供栅极驱动电压。 自举电容在高端关闭时充电。 在连续电流模式下，自 举电 容将在低端开启时充电。 自举电容电压将保持在 5.3V 左右。 当 IC 工作在休眠模式时，自举电容的充电值取决于 Vin 和输 出电压的差值。 然而，当自举电容上的电压低于自举电压刷新阈值时，4120xH 将强制低端为自举电容充电。 当输 出足够 高时，将外部二极管从稳压器的输出连接到 BST 引脚也将起作用并提高稳压器的效率。 9.9 高边过流保护 在 4120xH 中，检测高侧 MOSFET 电流。 该感测信号将比较 COMP 引脚电压和过流阈值之间的较低电压。 当检测到的电 流达到较低电压时，高端 MOSFET 将关闭。 在正常操作中，COMP 引脚电压会较低。 如果过流阈值较低，4120xH 将进 入过流保护模式。 9.10 热关断 如果结温通常超过 155°C，内部热关断电路会强制器件停止开关。 当结温降至 140°C 以下时，IC 将重新开始工作。 9.11 线损补偿 当USB充电线线长且电阻高时，线材上会有一些明显的压降。 便携式设备将看到低得多的输入电压。 如果负载输入端的电 压过低，会影响负载的充电时间。 建议调整充电器的输出电压来补偿这个电压降。 4120xH 具有可配置的线路压降补偿功 能。 线路压降补偿值可以通过图 1 中的顶部反馈电阻 R1 进行编程。 10 应用与实施 10.1电感选择 需要一个电感器在由开关输入电压驱动的同时向负载提供恒定电流。 较大的电感值将导致较小的电流纹波和较低的输出电 压纹波。 然而，较大值的电感器将具有较大的物理尺寸、较高的直流电阻和/或较低的饱和电流。 计算电感的一个好规则是 允许电感中的峰峰值纹波电流约为最大负载电流的 25%。 同时，需要确保峰值电感电流低于电感饱和电流。 电感值可以通过以下方式计算： V L=f ×∆IOUT 1s L VOUT VIN (2) 其中 VOUT 是输出电压，VIN 是输入电压，fS 是开关频率，ΔIL 是峰峰值电感纹波电流。 选择在最大峰值电流下不会饱和的电感器。 峰值电感电流可以通过以下方式计算： (3) V IL_P =Iload + 2×fOUT s ×L V 1- VOUT IN 其中 Iload 是负载电流。 TX4120xH 8 of 10 TX4120xH 电感器材料的选择主要取决于价格与尺寸要求和 EMI 限制。 10.2可选肖特基二极管 在高侧开关和低侧开关之间的转换期间，低侧功率 MOSFET 的体二极管传导电感电流。 该体二极管的正向电压很高。 一个可选的肖特基二极管可以与低侧 MOSFET 并联以提高整体效率。 表 2 列出了示例肖特基二极管及其制造商。 表 2 – 二极管选择指南 电压/电流额定值 型号 SS25FA B240A 50V/2A 40V/2A 10.3 输入电容选择 降压转换器的输入电流是不连续的，因此需要一个电容器来为转换器提供交流电流。 建议使用低 ESR 电容器以优化性能。 首选陶瓷电容器，但钽或低 ESR 电解电容器也可以满足要求。 使用陶瓷电容时最好选择 X5R 或 X7R 电介质。 由于输入电容器 (CIN) 吸收输入开关电流，因此电容器需要具有良好的纹波电流额定值。 输入电容器中的 RMS 电流可以通 过以下方式估算： VOUT I CIN =I × load VIN × 1- VOUT (4) VIN 最坏情况发生在 VIN = 2×VOUT, 当: ICIN = Iload (5) 2 为简化起见，选择 RMS 电流额定值大于最大负载电流一半的输入电容器。 当使用电解电容或钽电容时，应尽可能靠近 IC 放置一个小的、高质量的陶瓷电容，即 0.1μF。 使用陶瓷电容器时，请确保 它们具有足够的电容以维持输入端的电压纹波。 电容引起的输入电压纹波可通过以下方式估算： ∆VIN = f Iload s ×CIN × VOUT VIN × 1- VOUT VIN (6) CIN 是输入电容。 10.4 输出电容选择 需要输出电容器 (COUT) 来维持直流输出电压。 建议使用陶瓷、钽或低 ESR 电解电容器。 首选低 ESR 电容器以保持低输出电压纹波。 输出电压纹波可通过以下方式估算： ∆VOUT = VOUT fs ×L × 1- VOUT VIN × RESR + 8×f 1 s ×COUT (7) 其中 L 是电感值，RESR 是输出电容器的等效串联电阻 (ESR) 值，COUT 是输出电容值。 对于陶瓷电容器，开关频率下的 阻抗由电容决定。 输出电压纹波主要由电容决定。 为简化起见，输出电压纹波可通过以下方式估算： ∆VOUT = VOUT 8×fs 2 ×L×COUT × 1- VOUT VIN (8) 对于钽或电解电容器，ESR 在开关频率下支配阻抗。 为简化起见，输出纹波可近似为： V × 1∆VOUT = fsOUT ×L VOUT VIN ×RESR (9) 输出电容的特性也会影响稳压器的稳定性。 6320 针对各种电容和 ESR 值进行了优化。 . TX4120xH 9 of 10 TX4120xH 11 PCB布局 11.1 指南 PCB 布局是良好电源设计的关键部分。 以下指南将帮助用户设计具有最佳电源转换效率、热性能和最小 EMI 的 PCB。 1. 反馈网络电阻 R1 和 R2 应靠近 FB 引脚。 Vout 检测路径应远离噪声节点，例如 SW 和 BST 信号，最好通过屏蔽 层另一侧的一层。 2. 输入旁路电容 C1 和 C2 必须尽可能靠近 VIN 引脚和地。 输入和输出电容器的接地应包括连接到 GND 引脚和 PAD 的局部顶部平面。 在 VIN 引脚附近放置一个陶瓷帽以降低高频注入电流是一种很好的做法。 3. 电感 L 应靠近 SW 引脚放置，以减少磁性和静电噪声。 4. C1、C2 和 C3、C4 的接地连接应尽可能小，并仅在一个点（最好在 COUT 接地点）连接到系统接地层，以最大限度 地减少注入系统接地层的噪声。 5. 将电流检测电阻 R3 尽可能靠近芯片并远离噪声节点，例如 SW、BST。 6. 输入电容、输出电容、电感和 4120xH 不应一起放置在 PCB 板上，以获得最佳热性能。 11.2 示例 TX4120xH C4 可选 图17 . 示意图 TX4120xH 10 of 10