基于TPS54610的同步降压DCDC电源设计

发布时间：2020-07-21 18:01:29 阅读：次来源：瓜果类厂家

1引言流的mosfet开关管，可输出6a电流，输出电压从0.9v到3.3v可调，精确率可达1％，脉宽调制频率既可固定在350khz或550khz，也可以在280khz到700khz之间调整；另外，它还具有限流电路、低压闭锁电路和过热关断电路。 tps54610集成化的设计减少了元件数量和体积。因此，可广泛用于低电压输入高电流输出的分散电源系统(如dsp、fpga、a－sic、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的电源系统)中。 2 tps54610的引脚功能 agnd(1脚):模拟地。

本文引用地址： boot(5脚):自举电路输出，在boot脚和ph脚间应连接0.02～0.1μf的电容。

comp(3脚):误差放大器输出，comp脚与vsense脚间应接频率补偿电路。

pgnd(15～19脚):电源地，使用时应与agnd单点连接。

ph(6～14脚):相输出，功率mosfet高低端与输出电感的连接点。

pwrgd(4脚):"电源好"输出，当vsense端的电压高于vref的90％时，输出为高；否则为低。注意:当ss／ena引脚为低或内部shutdown有效时，该引脚始终为低。

rt(28脚):频率设置电阻输入，在rt和agnd间连接一个电阻可以设置开关频率，当使用sync端时，通过rt设置的频率应稍低于外部振荡器的频率。

ss／ena(26脚):软启动／输入输出使能端，可提供控制器允许工作逻辑，该脚的另一个功能是通过外接电容来设置软启动时间。

sync(27脚):同步输入，可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，在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引脚间应接一个0.1μf～1μf的陶瓷电容。

vin(20～24脚):电源输入，与pgnd间应连接10μf的陶瓷电容。vsense(2脚):误差电压放大器反向输入，可通过补偿和分压电路与输出端相连。

3电路设计 3.1内部补偿和外部补偿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，并可采用软件方法(如ti公司的swiftdesigner)来设计。但内部补偿控制器存在两个缺点，第一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；另一个缺点是内部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，不允许采用内部补偿方式。在这种情况下，外部补偿芯片tps54610便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所示是以tps54610为核心的外部补偿降压变换电路。现以该电路为例说明其设计方法。

(1)开关频率的选择当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引脚和地之间接一个外部电阻r1以使其频率可以在280～700khz之间进行调整。开关频率与r1的对应关系如图3所示，这种情况下，sync应断开。从图中可以看出，100kω对应的开关频率为500khz，其实际误差在±8％以内。 (2)输入电容的选择输入解耦电容c2可用来减少高频噪声，设计时可选择1μf～10μf的陶瓷电容，并应尽量靠近集成芯片安装。降压输入电容c1可用于减少输入纹波电压。但如果解耦电容已足够滤波，可不设置该电容。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。 (3)输出滤波元件的选择输出滤波电路由输出电感l1和输出电容cout(图2中c8、c9、c10)组成。和内部补偿控制器相比，tps54610对这两个元件的选择通常限制不大。 (4)补偿元件的选择反馈补偿电路包含元件图中的r2、r3、r5、r6，元器件的选取方法有多种，定性和较宽的带宽。先应考虑的是补偿误差放大次，补偿误差放大器应将到100mv左右，另外，电路总的回路串扰频率应小于开关频率的1／8，同时相角裕量至少应为45°。通过图2中补偿元件的参数设计可将总的回路响应串扰频率范围限制在10～0khz，相位裕量范围设定在0～90°之间。图中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的选择偏置电容c4一般采用0.1μf的陶瓷电容，并置于vbias和agnd之间。自举电容c7一般采用0.022～0.1μf的陶瓷电容，并将其连接在boot引脚和ph之间。（6）软启动时间的选择 tps54610内部含有软启动电路，可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引脚连接软启动电容c3可使其输出电压的上升时间超过内部设置值，软启动电容的选择可由下式得到： css＝5 tss／0.891式中，tss为软启动时间。软启动一般从输入电压超过3v的启动阈值电压开始，之后，如果使用内部软启动电路，输出电压将开始以线性方式上升到输出电压值，而如果外接有软启动电容，输出电压将经过固定的延时tdelay后开始上升，tdelay取决于软启动电容的取值，它可由下式计算： tdelay＝1.2 css／5μf 采用上述参数设计的图2电路的输出电压为1.8v，输出电流可达6a，开关频率为680khz。电路中的输出滤波电容由c8、c9、c10共同组成。