德州仪器全新同步升压变换器TPS61288，无线音箱升压变换器的理想方案

作者：William Zhang

近年来，无线音箱在消费类音频市场备受关注，其功能和应用多样化的需求促使该行业快速增长，逐渐成为人们日常生活的习惯用品。无线音箱从是否便携的角度可分类为非便携式和便携式两大类，其主要区别在于是否为电池供电。

一般地，非便携式无线音箱直接由电源设配器供电，功率等级可达数十瓦至数百瓦不等，而便携式无线音箱由电池供电，输出功率通常只有数瓦至数十瓦，且常带有一个4Ω或8Ω的喇叭。为了同时满足便携性并为喇叭提供足够的输出功率，便携式无线音箱通常配备2节可充电锂离子电池，当输出功率要求高于10W时，由于电池电压不足以为后级的音频功放提供足够的功率，一般需要升压电路将电池电压升至12V~18V以满足功率需求。图1展示了典型的便携式无线音箱供电系统示意图。

图1. 便携式无线音箱供电系统示意图

德州仪器最新推出了升压变换器TPS61288，以优异的功率密度和整体方案尺寸领先于市场同类产品，价格也相当有竞争力，是无线音箱升压变换器的理想方案，具有以下优势：

· 宽输入电压范围：2~18V，适用于不同种类或多串电池输入。
· 支持最大18V输出电压，可满足较大功率应用场景的音箱设计。
· 支持15A开关电流，输出平均功率可达40W。
· 效率极高，且功耗极低：

-  集成了内阻仅为6.5-mΩ / 8.5-mΩ的两个功率管，在40W输出功率下效率高达96.6%。
-  静态电流仅为120uA，关断电流仅为2uA，较市面上其他升压方案，可显著延长无线音箱的续航时间。

· 整体方案尺寸小，设计简单，成本低：

-  芯片采用小尺寸的QFN封装，仅为3mm×2.5mm，功率密度极高，如图2所示。
-  外围电路简单，元器件少，成本低。

· 支持Enable及软起动功能，且可编程欠压保护(UVLO)，并具有完善的过压、过流及热保护，为整个系统提供多重保护。
· 采用TI专利的SOO（平滑开通/关断时间控制）技术，支持轻载时PWM模式到PFM模式的无缝过渡，实现全负载下无电压漂移，满足严苛的输出电压精度要求，并能通过延长关断时间t_off来大幅提升轻载效率，如图3所示。

图2. TPS61288封装示意图

图3. TPS61288 SOO 模式示意图

图4是TPS61288典型应用电路图。

图4. TPS61288典型应用电路图

如图5所示，TPS61288优化了管脚的位置，电压输入到输出的器件布局更加简洁清晰。以下是TPS61288 PCB Layout 介绍：

· 输入电容应尽可能靠近VIN引脚和PGND引脚，并使用最短的走线连接。
· 为去除高频率噪声和改善EMI，可添加1nF小尺寸（例如0402或0201）的去耦电容，且必须用最短的线摆放在IC管脚附近。
· 注意走线要满足最大电流，SW走线不要用多层连接，防止寄生电容造成开关瞬间的尖峰电压过高。
· 将信号地与功率地分开布线，采用单点接地，或使用0欧电阻将信号地连接到功率地。
· PCB的 Bottom层建议铺铜并设置为Ground，Top 层的PGND 和AGND则通过通孔与之连接。

图5. TPS61288 PCB Layout 示例