TOPSwitch-GX開(kāi)關(guān)電源在牙科X光機(jī)中的應(yīng)用

1 引言

TPS54350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3 A時(shí)，輸入電壓范圍為4．5 V~20 V。該變換器極大地簡(jiǎn)化了負(fù)載電源管理的設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)人員可直接通過(guò)中壓總線(而不依賴額外的低電壓總線)為數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)及微處理器供電。TPS554350 SWIFT(采用集成FET技術(shù)的開(kāi)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)與商用電源、帶液晶顯示屏(LCD)的監(jiān)視器與電視、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)、視頻圖像卡以及9 V或12V墻式適配器負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓裝置。

2 TPS54350的特性和功能

2．1 TPS54350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3 A時(shí)．效率達(dá)90%以上；

輸入電壓范圍為4．5 V一20V：

輸出電壓可調(diào)低至0．891 V(精確度為l％)；

可編程外部時(shí)鐘同步：

寬的脈寬調(diào)制(1)WM)頻率一固定為250 kHz、500 kHz或250 kHz~700 kHz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(dòng)：

電源安全輸出。

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(gè)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(kāi)漏輸出。該引腳為低電平時(shí)，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(gè)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(gè)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(shí)，SYNC為輸出：當(dāng)它與一個(gè)下降沿信號(hào)連接時(shí)，亦可作為一個(gè)輸入端口來(lái)同步系統(tǒng)時(shí)鐘：

ENA：使能引腳。低于0．5 V時(shí)。電路停止工作；懸空時(shí)被使能；

COMP：誤差放大器輸出：

VSENSE：誤差放大器轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)，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8．0 v偏置電壓。該引腳要接1只0．1 μF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?．891 V．其精度可達(dá)l%。TPS54530集成了高端MOSFET和一個(gè)可選擇的低端外部MOS-FET柵極驅(qū)動(dòng)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(shí)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(kāi)關(guān)頻率固定在250 kHz或500 kHz，也可以將其升高到7OO kHz，以縮小無(wú)源組件的尺寸。

圖1示出TPS54350的實(shí)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(guò)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12 V，輸出電壓為3．3 V，其中R2的計(jì)算公式為：

R2=R1x0．891／(Vo-0.891)

R1=1 KΩ

表1給出當(dāng)Rl=l kΩ和R1=10 kΩ,時(shí)的幾種輸出電壓下的R2的值。筆者設(shè)計(jì)的系統(tǒng)就是應(yīng)用圖1所示的電路來(lái)實(shí)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(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)電路時(shí)要考慮到表2所列的幾個(gè)因素。本系統(tǒng)中的R。=l kΩ。

3 TPS54350在信號(hào)處理系統(tǒng)中應(yīng)用

3．1 系統(tǒng)組成及供電電路

本信號(hào)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(hào)處理系統(tǒng)．系統(tǒng)主要由5個(gè)DSP、1個(gè)FPGA和7個(gè)TPS54350組成。在以往使用的MAXl951和。PEGlll7的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上．經(jīng)過(guò)多方面的設(shè)計(jì)考慮，采用了TPS54350型DC／DC變換器．從表1可以看出．TPS54350可以輸出3．3 V、2．5 V和1．2V的電壓。系統(tǒng)中的DSP采用240 MHz時(shí)鐘，每個(gè)指令周期約為4．17 ns。根據(jù)TS201S型ADSP的工作條件可知，當(dāng)溫度為25℃、時(shí)鐘CCLK(為250 MHz時(shí)，典型情況下的VDD(1．25V)供電電流典型值為1．2 A，VDD的供電電流小于137 mA。TPS54350的額定輸出電壓為3 A．所以此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的。