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基于TPS54610的同步降压DC/DC电源设计 | |
http://www.dykf.com 2007/2/23 电源开发网 | |
基于TPS54610的同步降压DC/DC电源设计 谭智力 朱冬姣 中国地质大学(武汉 430074) 摘 要:TPS54610是美国TI公司研制的低电压输入高电流输出的同步降压PWM控制器。其内部集成了电路所需的场效应管,外部只需少量的外围器件便可获得稳定输出。本文介绍了TPS54610的主要性能和参数,详细介绍了外部补偿的同步降压DC/DC电源电路的设计方法。 关键词:TPS54610 同步降压 外部补偿 DC/DC控制器 1 引 言 TPS54610是一款低电压高电流输出的同步降压DC/DC控制器,内含30MΩ,12A峰值电流的MOSFET 开关管,可输出电流达6A,输出电压从0.9V到3.3V可调,精确率可达1%,脉宽调制频率可固定在350KHZ或550KHZ,或在280KHZ到700KHZ之间可调;并具限流电路、低压闭锁电路和过热关断电路。集成化的设计减少了元件数量和体积。因此,在低电压输入高电流输出的分散电源系统,DSP、 FPGA 、ASIC 、微处理器电源,宽带网络和光纤通讯以及便携式笔记本电脑中均可使用。 2 TPS54610的引脚及其功能 TPS54610采用28脚TSSOP封装。其引脚排列如图1所示,各引脚功能如下: AGND(1脚):模拟地。 到0.1 PGND(15—19脚):电源地,要求与AGND单点连接。 PWRGD(4脚):“电源好”输出,当VSENSE的电压高于90% SYNC(27脚):同步输入,提供外部振荡器同步逻辑信号,此时要求RT引脚必须连接一个电阻,内部振荡时用于开关频率的切换。 VBIAS(25脚):内部偏压调节,与AGND引脚间接0.1 VIN(20-24脚):电源输入。与PGND连接一10 VSENSE(2脚):误差电压放大器反向输入。通过补偿和分压电路与输出端相连。 3 电路设计方法 3.1 内部补偿和外部补偿 图1 TPS54610引脚图 内部补偿和外部补偿是TI公司电源控制芯片采用的两种不同的电路形式。采用内部补偿的控制器力求减少外部元件的数量和印制板的尺寸,因此电路简单,可以采用软件方法(如TI公司的SWIFT Designer )设计,这种芯片如TPS5461X系列芯片。但内部补偿控制器存在两个缺点,首先是内部补偿控制器的降压变换电路只能获得固定的电压输出,如TPS54611获得的输出电压固定为0.9V,而TPS54616获得的输出电压固定为3.3V;另一个缺点是内补偿限制了输出电容和电感的选择。很多情况下,出于各种考虑,如输出电压可调、输出电容和电感利用率和费用的要求,不允许我们采用内部补偿方式,这种情况下,外部补偿芯片TPS54610能提供更好的解决方案。下面介绍的就是基于TPS54610外部补偿结构的电路构成及设计方法。 3.2 电路设计步骤 图2所示的是以TPS54610为核心的典型外部补偿降压变换电路的原理图。以下所有设计皆以该图为基准。 图2 典型外部补偿电路原理图 (1) 开关频率的选择 不选用外部元件时,开关频率可固定在350KHZ或550KHZ。当SYNC引脚接地时,开关频率为350KHZ,当SYNC接输入电源电压时,开关频率为550KHZ。为了获得可以调整的开关频率,可在RT引脚和地之间接外部电阻(图2中 图3 RT和开关频率的对应关系 (2) 输入电容的选择 输入解耦电容(图2中的 降压输入电容 为了确定是否需要该电容,首先要确定最大允许纹波电压。为确保能够正常工作,TPS54610的纹波电压峰峰值不允许超过300mV。考虑只有10
式中, 如果
式中, 电容电压和电流的额定值可通过式(3)和式(4)选择,其选择原则是
式中,
(3) 输出滤波元件的选择 输出滤波电路由输出电感 电感
选取输出电感 电容
式中,
式中, (4) 补偿元件的选择 反馈补偿电路包含元件图中的 补偿电路的设计要考虑如下几个因素:首先是补偿误差放大器的增益不被限制,其次,补偿误差放大器应将COMP引脚的纹波电压降到100mV左右,另外,总的回路串扰频率应小于1/8倍开关频率,同时相角裕量至少为45º。 补偿电路设计的第一步是确定补偿误差放大器所允许的最大带宽
如果保证误差放大器的带宽小于 (10) 式中, 第二步是通过式(11)到(16)来计算补偿元件的值。首先选择 (11) 式中, (12) 式中, (13) 式中, (14) (15) 式中, (16) 以上各式将总的回路响应串扰频率范围限制在10KHZ到70KHZ,相位裕量范围在60º到90º之间。以上各电阻的偏差应小于1%,电容偏差应小于10%。 (5) 偏置电路和自举电容选择 偏置电容(如图2中 (6) 选择慢启动时间 TPS54610内部包含了慢启动电路,用来控制启动时输出电压的上升时间,内部慢启动时间设置为3.6ms,另外,通过在SS/ENA引脚连接慢启动电容 (17) 式中, 慢启动从输入电压超过3V启动阈值电压开始,此时,如果使用内部慢启动电路,输出电压开始以线性方式上升到输出电压值,如果采用了慢启动电容,输出电压在经过固定的延时 (18) 4 电路设计实例 图4是采用TPS54610的外部补偿降压DC/DC电源电路的例子。图中各元件的参数均由上面的计算方法得到。其输出电压为1.8V,输出电流可达6A, 图4 应用电路实例 您打印的此文来自: |
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作者:谭智力 … 来源:电源技术应用 点击数: |
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