TX4138

توضیحات

معرفی کلی TX4138 و مشخصات کلیدی آن

TX4138 یک مبدل buck یکپارچه با خروجی قابل تنظیم است که به صورت مونولیتیک طراحی شده و دارای یک ترانزیت کننده قدرت داخلی است. این قطعه قادر است به صورت مداوم تا 4A خروجی فراهم کند و دامنه ورودی از 4.5V تا 60V را می‌پذیرد. ولتاژ خروجی قابل تنظیم بین 0.8V تا 40V است و فرکانس سوئیچ آن به صورت ثابت 200kHz نگه داشته می‌شود تا امکان انتخاب مناسب در طراحی فنداسیون وجود داشته باشد.

بسته‌بندی این آی سی از نوع SOIC-8-EP (ESOIC8) است و در کاربردهای سطح صنعتی تا دمای -40°C تا +85°C کار می‌کند. علاوه بر این، جریان خام یا استندبای دستگاه تنها حدود 400µA است و در حالت با قابلیت Power Save Mode در بار کم، کارایی مناسب حفظ می‌شود. بهبود کارایی با استفاده از یک دیود Schottky غیرهم‌زمان و طراحی مناسب شبکه ورودی/خروجی نیز از ویژگی‌های کلیدی محسوب می‌شود.

پین‌ها، توپولوژی و بسته‌بندی دستگاه

توپولوژی کلی TX4138 از نوع Buck غیرهم‌زمان است. این آی‌سی از یک ترانزیستور قدرت داخلی با RDS(ON) حدود 32mΩ برخوردار است و خروجی سوئیچ با نام SW به سمت Inductor و diode خروجی هدایت می‌شود. پین‌های مهم به صورت زیر هستند: 1 SW، 2 ILIM (حداکثر جریان پیک قابل تنظیم با استفاده از مقاومت)، 3 VIN، 4 GND، 5 FB، 6 EN، 7 POK و 8 BS. خروجی برای بار مصرفی از طریق D1 Shottky به زمین، و مسیر ILIM به VIN برای محدودیت جریان پیک استفاده می‌شود.

بسته ESOIC8 نشان‌دهنده اندازه کوچک با پوشش SOIC-8-EP است که برای سطح‌بندی‌های عمومی مناسب است. این قطعه فاقد سوییچ مکمل توان در خود (یعنی دیود داخلی ندارد) و به دیود Schottky خارجی نیاز دارد تا جریان در حالت روشن بودن کلکتور را مدیریت کند.

دامنه ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی و نحوه تنظیم خروجی

دامنه ورودی یا VIN برابر است با 4.5V تا 60V و ولتاژ خروجی VOUT قابل تنظیم بین 0.8V تا 40V است. برای تنظیم دقیق خروجی، از یک دیود مقاومت R1 و R2 استفاده می‌شود که مقدار اولیه R1 معمولاً در حدود 300kΩ (1%) در نظر گرفته می‌شود تا پاسخ طیفی مناسب ایجاد شود.

مقدار R2 با رابطه VOUT = 0.805V × (1 + R1/R2) محاسبه می‌شود؛ به طور معمول برای VOUT=5V از R2≈57.1kΩ و برای VOUT=12V از R2≈21.4kΩ استفاده می‌گردد. پین FB به عنوان نقطه بازخورد عمل می‌کند و جریان بی‌بار FB بسیار کم است (~10 nA). وجود Fold-Back در فرکانس بوست و محدودیت‌ها جهت جلوگیری از رفتار ناپایدار در شرایط خطی تشریح می‌شود.

حفاظت‌ها، راه‌اندازی و حالت‌های عملکرد کلیدی

TX4138 شامل مجموعه‌ای از حفاظت‌های ایمن‌کننده است که عبارتند از: محدودیت جریان در هر سیکل (Cycle-by-Cycle Over Current Protection)، خاموشی حرارتی (Thermal Shutdown) تا حدود 160°C، و احتمالاً Undervoltage Lockout (UVLO) با آستانه حدود 3.0–3.6V. خروجی POK به صورت open-drain است و با فعال بودن خروجی FB به میزان حداقل 90% از 0.8V سیگنال PGOOD بالا می‌آید تا سطح بعدی فعال شود.

خروجی EN برای فعال یا غیر فعال کردن آی‌سی استفاده می‌شود و BS (Bootstrap) برای درایو گیت بالا استفاده می‌شود تا درایو گیت منبع بالا فراهم گردد. این مجموعه حفاظت‌ها به همراه فرکانس 200kHz، طراحی را برای کاربردهای پرتوان با ایمنی مناسب تدارک می‌بیند.

معیارهای طراحی خارجی و BOM معمول

برای طراحی دقیق، خروجی به یک منبع انرژی مستمر و مقاوم در برابر تغییرات بار نیاز دارد. در BOM نمونه، C1A برابر 100µF/100V برای ورودی، C2 برابر 470µF/16V برای خروجی، C3 100nF برای فیلترینگ سرعت و D1 یک دیود Schottky با توان 5A و ولتاژ مناسب، L1 برابر 33µH با الزامات DC مقاومتی کم، و R1≈300kΩ با R2 مناسب برای Vout دلخواه استفاده می‌شود.

پین ILIM به یک مقاومت بین pin ILIM و VIN متصل می‌شود تا مقدار حداکثر جریان پیک قابل نگه‌داری برای حفاظت تعیین گردد. همچنین توصیه می‌شود که CIN ورودی را نزدیک VIN و GND قرار داده و مسیرهای با جریان بالا را نزدیک به خود آی‌سی طراحی کنید تا از افت ولتاژ و نویز جلوگیری شود. برای اطلاعات بیشتر دیتاشیت را مطالعه فرمایید.

راهنمای طراحی PCB و نکات عملی کاربردی

برای کاهش تلفات و بهبود کارایی، توصیه می‌شود که مسیرهای با جریان بالا (به ویژه SW و ILIM) را به کوتاه ترین و پهن ترین شکل ممکن طراحی کنید و از اتصال سریع CIN به VIN و GND بهره ببرید تا نویز و چرخش جریان‌های switching را به حداقل برسانید. از موقعیت مناسب D1 و L1 برای مدیریت پدیده‌های di/dt استفاده کنید و فاصله مناسب بین دیود خروجی و مبدل حفظ گردد تا گرمای اضافی از طریق PCB دفع شود.

در طراحی‌های با بار سبک، از منطق Power Save Mode بهره ببرید تا مصرف خام کاهش یابد. پیشنهاد می‌شود که خروجی FB نزدیک به مقاومت‌های تقسیم ولتاژ در نزدیک FB باشد و از SW و VBST دور باشد تا نویز حس نشود. همچنین به دلیل غیر هم‌زمان بودن، خروجی Schottky با ولتاژ مناسب انتخاب شود تا فرایندهای شارژ و دشارژ به خوبی انجام شود.

کاربردهای رایج و نکات عملی در پروژه‌های واقعی

TX4138 برای کاربردهای با ولتاژ ورودی نسبتاً بالا و نیاز به خروجی قابل تنظیم تا 40V مناسب است. نمونه کاربردها شامل کنترل کننده‌های پاور برای دوچرخه‌هایی با باطری‌های 4.5V تا 60V، تغذیه USB با خروجی تا چند آمپر و سایر پروژه‌های PMIC با سطح ولتاژ قابل تنظیم است.

از آنجا که این آی‌سی غیرهم‌زمان است، وجود D1 با مشخصات مناسب ضروری است و در طراحی PCB به جداره‌های حرارتی و مسیر گرمایی بین D1 و مبدل توجه شود. فرکانس ثابت 200kHz امکان استفاده از فیلترهای LC با اندازه مناسب را می‌دهد و قابلیت Fold-Back در فرکانس در نظر گرفته شده است تا پایداری در شرایط خطی حفظ شود.

جمع‌بندی و نکات کلیدی برای طراحی موفق با TX4138

TX4138 یک گزینه قدرتمند برای تبدیل buck با ورودی تا 60V و خروجی تا 40V با حداکثر 4A است. مشخصات کلیدی شامل ولتاژ خروجی 0.8V تا 40V، فرکانس ثابت 200kHz، قدرت خاموشی 400µA، RDS(on) تقریبی 32mΩ و بهره‌وری تا 93% در شرایط بهینه است.

پین‌بندی شامل SW، VIN، ILIM، GND، FB، EN، POK و BS است و برای کنترل خروجی از شبکه تقسیم ولتاژ استفاده می‌شود. طراحی ایمن با حفاظت‌های معتبر، BOM مناسب و نکات PCB دقیق از جمله عواملی هستند که می‌توانند عملکرد پایداری را در کاربردهای واقعی تضمین کنند. در کل، TX4138 گزینه‌ای قابل اعتماد برای پروژه‌های با ولتاژ بالا و نیاز به تنظیم دقیق ولتاژ خروجی است که با رعایت اصول طراحی، می‌تواند کارایی بالا و ثبات خوبی ارائه دهد.