基于TPS54310的SOC電源電路設(shè)計(jì)
出處:kanglei 發(fā)布于:2011-05-02 00:00:00 | 2289 次閱讀
熱關(guān)斷:
當(dāng)溫度超出150℃時(shí),使用熱關(guān)斷電路關(guān)閉內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管的電源,當(dāng)溫度低于熱關(guān)斷觸發(fā)點(diǎn)10℃時(shí),器件停止關(guān)斷狀態(tài),并在慢啟動(dòng)電路的控制下重新開(kāi)始工作。
基于TPS54310的SOC電源電路設(shè)計(jì):
參考SWIFT De signer軟件,設(shè)計(jì)了基于TPS54310的TMS3320DM64xX SOC的三種電源電路,以3.3V I/O電源電路為例(參見(jiàn)圖3),其主要步驟如下。

3.3電源產(chǎn)生硬件電路圖
選擇轉(zhuǎn)換頻率:
由前節(jié)的特性分析可知,轉(zhuǎn)換頻率分為固定和可調(diào)兩種。由于SYNC設(shè)置的固定頻率誤差為±20%,不符合SOC系統(tǒng)的高要求,因而選用頻率可調(diào)的方式。
選擇輸入電容:
TPS54310的輸入端需要一個(gè)去耦電容(圖3中的C9)和一個(gè)大電容(圖3中的C1)。去耦電容用于降低器件輸入端的高頻噪聲,選擇陶瓷電容并盡量使之與芯片靠近放置以保證完全起作用;大電容用于降低輸入總線的電壓波動(dòng),如果選擇的去耦電容足夠大(10μF以上),能夠進(jìn)行足夠的濾波,則大電容可以省略。決定是否需要大電容的因素有:
(1)系統(tǒng)輸入電源允許的波動(dòng)值(Vrip),為保證正常工作,Vrip卻應(yīng)該低于300mVpp,根據(jù)式(3)有

式中:Vin為沒(méi)有大電容時(shí)的實(shí)際的峰峰波動(dòng)電壓值;IOUT(MAX)為的直流負(fù)載電流;fsw為選擇的轉(zhuǎn)換頻率,如果Vin值大于Vrip的值,則需要大電容。
(2)如果加了一個(gè)大電容,該電容能夠降低在高端場(chǎng)效應(yīng)管啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電流脈沖所帶來(lái)的輸入電壓的變化,而流經(jīng)大電容的匹配電阻(ESR)的電壓也會(huì)帶來(lái)波動(dòng),因而要求使用大電容和小匹配電阻。
選擇輸出濾波器組件:
輸出濾波器組件包括輸出電感(圖3中的L1)和輸出電容(圖3中的C2)。選擇輸出電容需要考慮三個(gè)因素:直流額定電壓、額定的波動(dòng)電流和的輸出波動(dòng)電壓,其直流額定電壓至少大于輸出電壓的10%。
選擇補(bǔ)償組件:
如圖3所示,C7、R3、C6和R5、R1、C8共同構(gòu)成電路補(bǔ)償回路網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)設(shè)計(jì)補(bǔ)償時(shí),需要考慮很多因素,首先,根據(jù)式(4)檢測(cè)補(bǔ)償?shù)恼`差放大器允許的帶寬,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使實(shí)際的帶寬小于FRW。

然后,根據(jù)式(5)計(jì)算所需的的回路交叉頻率FCO,F(xiàn)BW的值由式(4)得出。

式中:FCO為所需的回路交叉頻率;LOUT為選擇的輸出電感。
計(jì)算R2,C7、R3、C6和R5、R1、C8的值。首先選擇R1和R2的值,這兩個(gè)電阻值決定了輸出電壓的值,因而必須是0.1%電阻。R1的范圍在10kΩ到50kΩ之間,然后根據(jù)式(6)計(jì)算出指定輸出的電壓值,再確定R2的值。然后利用式(7)一式(11)選擇C7、R3、C6和R5、C8的值。

選擇慢啟動(dòng)時(shí)間:
由式(1)可知,在SS/ENA管腳上連接的電容使啟動(dòng)延遲了16ms。
如圖3所示,Vin為輸入端,Vo為輸出端;R2用于決定輸出電壓的值;100μF的C1和47μF的C9共同構(gòu)成了輸入信號(hào)的去耦合器;C7、R3、C6和R5、R1、C8共同構(gòu)成電路補(bǔ)償回路網(wǎng)絡(luò);L1和C2作為輸出信號(hào)的濾波器;RT引腳接了一個(gè)178kΩ的電阻而SYNC懸空,即內(nèi)部的轉(zhuǎn)換頻率在280kHz到700kHz之間可調(diào),由式(2)可得,

另外,在實(shí)際設(shè)計(jì)中,為了保證輸入信號(hào)的噪聲盡可能小,還應(yīng)該在電源與輸入引腳之間連接一個(gè)LC濾波器。
對(duì)芯片的輸出特性進(jìn)行了軟件仿真分析,如圖4所示,當(dāng)設(shè)定輸入電壓為5V,輸出電壓為3.3V,轉(zhuǎn)換頻率為280kHz時(shí),其實(shí)際輸出電壓在3.191V到3.358V之間,誤差為3.3%,具有較高的和穩(wěn)定度;輸出電流為3A,具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力;實(shí)際的轉(zhuǎn)換頻率在252kHz到300kHz之間,滿足系統(tǒng)對(duì)電源響應(yīng)速度的要求;功耗與效率相關(guān),效率越高,在負(fù)載功耗一定的情況下,系統(tǒng)總功耗就越低,芯片的效率達(dá)到91%,完全滿足系統(tǒng)的低功耗要求。由上述分析可知,該電路工作性能良好。

1.2V電源電路和1.8VI/O電路的產(chǎn)生方法與上述方法相同。通過(guò)核電源與I/O電源產(chǎn)生電路之間加入延遲電路來(lái)保證上電時(shí)序的正確性。圖5顯示的就是以TPS54310為基本的多組電路TMS320DM64xx電源的原理圖。
4結(jié)語(yǔ):
以高性能DC/DC調(diào)節(jié)器TPS54310為設(shè)計(jì)的TMS320DM64xx SOC電源電路,能夠提供穩(wěn)定精準(zhǔn)的核電壓和I/O電壓,外部附加簡(jiǎn)單的延時(shí)電路可以保證正確的上電時(shí)序,能夠?yàn)镾OC系統(tǒng)建立可靠的電源電路,正確實(shí)現(xiàn)SOC系統(tǒng)的功能。
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