DSP電源系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)

　2．2 工作原理

　　TPS62290降壓調(diào)整器有兩種工作模式：PWM模式和節(jié)能模式。當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，工作于PWM模式，當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入節(jié)能模式以減小系統(tǒng)功耗。

　　在PWM模式下，TPS62290使用獨(dú)特的快速響應(yīng)電壓控制器將輸入電壓供給負(fù)載，在每個(gè)周期的開始觸發(fā)高壓MOSFET開關(guān)管，電流從輸入電容經(jīng)過高壓MOSFET開關(guān)和電感流向輸出電容和負(fù)載。這一階段，電流逐漸上升，當(dāng)上升到PWM的極限電流時(shí)觸發(fā)比較器，關(guān)閉高壓MOSFET開關(guān)管。當(dāng)高壓MOSFET開關(guān)管的電流過大時(shí)也會(huì)觸發(fā)電流極限比較器將其關(guān)閉。經(jīng)過一段死區(qū)時(shí)間，低壓MOSFET整流器工作，電感電流逐漸降低，電流從電感流向輸出電容和負(fù)載，通過低壓MOSFET整流器再流回電感中。在下個(gè)周期開始時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)又關(guān)閉低壓MOSFET整流器并且打開高壓MOSFET開關(guān)管，如此循環(huán)往復(fù)。

　　當(dāng)MODE引腳置為低電平時(shí)，TPS62290工作于節(jié)能模式。當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，也會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入節(jié)能模式。當(dāng)工作于節(jié)能模式時(shí)，其工作頻率會(huì)降低，負(fù)載電流接近靜態(tài)電流，輸出電壓會(huì)比正常工作的輸出電壓高大約1％。此時(shí)，輸出電壓會(huì)受到PFM比較器的監(jiān)視，一旦輸出電壓降低，器件發(fā)出一個(gè)PFM電流脈沖，觸發(fā)高壓MOSFET開關(guān)管，使電感電流上升。當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)，高壓MOSFET開關(guān)管關(guān)閉，低壓MOSFET開關(guān)管工作，直到電感電流為零。

　　TPS62290有效地將電流傳遞給輸出電容和負(fù)載。如果負(fù)載電流降低，則輸出電壓會(huì)上升，如果輸出電壓等于或是高于PFM比較器的極限電壓，芯片將停止工作進(jìn)入睡眠模式，此時(shí)電流約為15μA，整個(gè)電源系統(tǒng)的功耗達(dá)到最低。

　　2．3 可調(diào)輸出電壓原理

　　TPS62290的電壓輸出范圍為0．6V～Uin(Uin為輸入電壓)，通過外接一個(gè)電阻取樣網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整。其連接方法如圖2所示。

可調(diào)輸出電壓可由下式計(jì)算得到：

　　其中Uref=0．6V(內(nèi)部基準(zhǔn)電壓)，為了減小反饋網(wǎng)絡(luò)的電流，R2的值為l80kΩ或是360kΩ，R1與R2的和不能超過lMΩ，以抑制噪聲。外部反饋電容C1必須具有良好的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)特性，其取值范圍為22～33pF。電感L的取值為1．5～4．7μH，輸出電容的取值范圍4．7～22μF。在PCB布線時(shí)，連接FB引腳的線路要遠(yuǎn)離噪聲源，以減少干擾。

　　2．4 輸出濾波器設(shè)計(jì)

　　TPS62290外接電感的取值范圍為1．5～4．7μH，輸出電容的取值范圍為4．7～22μF，最優(yōu)工作狀態(tài)下，電感為2．2μH，輸出電容取10μF。不同的工作狀態(tài)，電感和電容的最佳取值不同。為了工作穩(wěn)定，電感取值不得低于1μH，輸出電容不得低于3．5μF。

　　(1)電感的選擇

　　電感的取值直接影響到浪涌電流的大小。電感的選擇主要依據(jù)是DC阻抗和飽和電流。電感的浪涌電流隨著感應(yīng)系數(shù)的增加而減小，隨著輸入和輸出電壓的增加而增加。在PFM模式下，電感也會(huì)影響到輸出電壓的波動(dòng)。電感取值大，輸出電壓波紋小，PFM頻率高，電感取值小，輸出電壓波紋大，PFM頻率低。

　　可以根據(jù)下式確定電感的大小：