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          基于TPS54350型DC/DC變換器供電系統(tǒng)設(shè)計

          ——
          作者: 時間:2007-07-17 來源:國外電子元器件 收藏

            1 引言

            是德州儀器(TI)新推出的一款內(nèi)置MOSFET的高效DC/DC變換器.采用小型16引腳HISSOP封裝.連續(xù)輸出電流為3A時,輸入電壓范圍為4.5V~20V。該變換器極大地簡化了負(fù)載管理的設(shè)計,使得設(shè)計人員可直接通過中壓總線(而不依賴額外的低電壓總線)為數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)及微處理器供電。TPS554350SWIFT(采用集成FET技術(shù)的開關(guān))DC/DC變換器的效率高達(dá)90%以上,非常適用于低功耗工業(yè)與商用、帶液晶顯示屏(LCD)的監(jiān)視器與電視、硬盤驅(qū)動、視頻圖像卡以及9V或12V墻式適配器負(fù)載點穩(wěn)壓裝置。

            2 的特性和功能

            2.1 的特性

            TPS54350型DC/DC變換器的主要特性如下:

            連續(xù)輸出電流為3A時.效率達(dá)90%以上;

            輸入電壓范圍為4.5V一20V:

            輸出電壓可調(diào)低至0.891V(精確度為l%);

            可編程外部時鐘同步:

            寬的脈寬調(diào)制(1)WM)頻率一固定為250kHz、500kHz或250kHz~700kHz的可調(diào)節(jié)范圍:

            峰值電流限制與熱關(guān)斷保護(hù):

            可調(diào)節(jié)的欠壓關(guān)斷;

            內(nèi)部軟啟動:

            安全輸出。

            2.2 TPS54350引腳功能和電路功能

            2.2.1 引腳功能

            VIN:電壓輸入引腳,范圍為4.5V~20V,必須旁路連接一個低等效串聯(lián)電阻(ESR)的10μF陶瓷電容器:

            UVL0:欠壓閉鎖輸出:

            PWRGD:開漏輸出。該引腳為低電平時,表示輸出低于期望的輸出電壓值。PWRGD比較器的輸出端有一個內(nèi)部的上升沿濾波器:

            RT:頻率設(shè)置引腳。在RT引腳與地(AGND)之間接一只電阻器.設(shè)置轉(zhuǎn)換頻率。將RT引腳接地或懸空可以得到一個內(nèi)部備選頻率;

            SYNC:雙向I/O同步引腳。當(dāng)RT引腳懸空或置低電平時,SYNC為輸出:當(dāng)它與一個下降沿信號連接時,亦可作為一個輸入端口來同步系統(tǒng)時鐘:

            ENA:使能引腳。低于0.5V時。電路停止工作;懸空時被使能;

            COMP:誤差放大器輸出:

            VSENSE:誤差放大器轉(zhuǎn)換節(jié)點,基準(zhǔn)電壓值:

            AGND:模擬地,內(nèi)部與感應(yīng)模擬地電路連接。與PGND和PowerPAD連接:

            PGND:電源地,與AGND和PowerPAD連接;

            VBIAS:內(nèi)部8.0v偏置電壓。該引腳要接1只0.1μF的陶瓷電容器:

            PH:相位端,與外部LC濾波器連接;

            BOOT:在BOOT引腳與PH引腳之間連接一只O.1μF的陶瓷電容器。

            2.2.2 電路功能

            TPS54530支持中等范圍的電流輸出.能夠?qū)⑤敵鲭妷航抵?.891V.其精度可達(dá)l%。TPS54530集成了高端MOSFET和一個可選擇的低端外部MOS-FET柵極驅(qū)動器。此外,該器件還采用了高性能電壓誤差放大器,極大地改善了瞬時條件下的性能,從而可靈活選擇輸出濾波電感器與電容器。開關(guān)頻率固定在250kHz或500kHz,也可以將其升高到7OOkHz,以縮小無源組件的尺寸。

            圖1示出TPS54350的實際應(yīng)用電路,圖中給出的是其中一種情況,其輸出電壓是可變的,通過改變電阻器R2的阻值,可得到期望的輸出電壓值。圖l中的輸入電壓為12V,輸出電壓為3.3V,其中R2的計算公式為:

            R2=R1x0.891/(Vo-0.891)

            R1=1KΩ   

            表1給出當(dāng)Rl=lkΩ和R1=10kΩ,時的幾種輸出電壓下的R2的值。筆者設(shè)計的系統(tǒng)就是應(yīng)用圖1所示的電路來實現(xiàn)。根據(jù)不同的輸出電壓要求賦給R2不同的阻值,其阻值的取法可參照表l。另外,對于設(shè)計者來說,設(shè)計電路時要考慮到表2所列的幾個因素。本系統(tǒng)中的R。=lkΩ。  

            3 TPS54350在信號處理系統(tǒng)中應(yīng)用

            3.1 系統(tǒng)組成及供電電路

            本信號處理系統(tǒng)采用的是ADl公司的TS201S型ADSP組成的多片某仿真雷達(dá)信號處理系統(tǒng).系統(tǒng)主要由5個DSP、1個FPGA和7個TPS54350組成。在以往使用的MAXl951和。PEGlll7的經(jīng)驗基礎(chǔ)上.經(jīng)過多方面的設(shè)計考慮,采用了TPS54350型DC/DC變換器.從表1可以看出.TPS54350可以輸出3.3V、2.5V和1.2V的電壓。系統(tǒng)中的DSP采用240MHz時鐘,每個指令周期約為4.17ns。根據(jù)TS201S型ADSP的工作條件可知,當(dāng)溫度為25℃、時鐘CCLK(為250MHz時,典型情況下的VDD(1.25V)供電電流典型值為1.2A,VDD的供電電流小于137mA。TPS54350的額定輸出電壓為3A.所以此系統(tǒng)的設(shè)計是合理的。

            TigerSharDSP有3個電源,其中數(shù)字2.5V(VDD_Io)為I/0供電;數(shù)字1.2V(VDD)為DSP內(nèi)核供電;模擬1.2V(VDD_A)內(nèi)部鎖相環(huán)和倍頻電路供電。系統(tǒng)將主機提供的5V,經(jīng)過TPS54350得到2.5V和1.2V的電壓。各片DSP的數(shù)字1.2V(VDD)電源各由1個TPS54350供給。5個。DSP內(nèi)部模塊1.2V(VDD)由同一個。DSP的VDD(+1.2V)經(jīng)濾波網(wǎng)絡(luò)后解決。5個。DSP的FO2.5V電源直接由主機提供的5V經(jīng)過TPS54350得到2.5V統(tǒng)一供給,同時提供FPGA(EPU1。K30)的VccM(+2.5V)電壓。其中FPGA的Vcc_IO(+3.3V)利用TPS54350輸出的+3.3V電壓來供電。本系統(tǒng)的供電電路框圖如圖2所示。圖3示出單個DSP的內(nèi)核供電電路框圖及外圍電路配置。 

           

            3.2 問題及其解決方案

            T37S54350采用小型16引腳HTSSOP封裝。根據(jù)以往的經(jīng)驗,建議設(shè)計PC板時最好給TPS54350加上散熱片,電源線盡量粗一點。在TPS54350的前后均加上濾波網(wǎng)絡(luò),盡量保證得到比較合適的電壓。

            系統(tǒng)中的EPlK30產(chǎn)生上電復(fù)位波形和時序控制。由于EPlK30需要一個配置電路,而且它和DSP存在一個上電先后的問題。即在上電后,如果FPGA完成配置文件的讀入時.DSP仍未上電穩(wěn)定.則應(yīng)充分延長TStart_I0的低電平時間,以避免DSP上電未穩(wěn)定而FPGA上電波形已結(jié)束的情況發(fā)生。因此。應(yīng)保證DSP上電穩(wěn)定先于FPGA配置文件的讀入,此問題在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)予以充分重視.否則DSP將無法正常工作。TigerSharcTS201S要求數(shù)字2.5V和l-2V應(yīng)同時上電。若無法嚴(yán)格同步,則應(yīng)保證內(nèi)核1.2V電源先上電.I/0的2.5V電源后上電。本系統(tǒng)在數(shù)字2.5V輸入端并聯(lián)了一個大容量電容器.在數(shù)字1.2V輸入端并聯(lián)了一個小容量電容器.其目的就是為了保證2.5V充電時間大于1.2V充電時間.來解決電源供電先后的問題。

            4 結(jié)束語

            設(shè)計一個系統(tǒng)時.電源的設(shè)計起著重要的作用。電路的選擇更為重要,選擇一個性價比高、散熱性能好、節(jié)省資源的電路是設(shè)計的關(guān)鍵。本文是在總結(jié)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行論述的,該雷達(dá)信號處理系統(tǒng)經(jīng)過實際工作測試.證明其性能是很穩(wěn)定的.供其他硬件設(shè)計者借鑒。



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