Análisis técnico del sistema de suministro de energía.
Diseño de sistema de fuente de alimentación basado en el convertidor CC/CC TPS54350
Presentamos las características y funciones de los pines del convertidor CC-CC de alta eficiencia TPS54350 que contiene MOSFET lanzado por Texas Instruments. Describir la aplicación de TPS54350 en un sistema de suministro de energía de procesador de señal. Se proporcionan el esquema de diseño detallado y el circuito de referencia del sistema de suministro de energía. Los diseñadores de hardware también analizan los problemas que pueden surgir en el trabajo real como referencia. TPS54350 es un nuevo convertidor CC/CC de alta eficiencia con MOSFET incorporado lanzado por Texas Instruments (TI). Está empaquetado en un pequeño HISSOP de 16 pines. Cuando la corriente de salida continua es de 3 A, el rango de voltaje de entrada es de 4,5. V ~ 20 V. Este convertidor simplifica enormemente el diseño de administración de energía de carga, lo que permite a los diseñadores alimentar directamente procesadores de señales digitales (DSP), matrices de puertas programables en campo (FPGA) y microprocesadores. El convertidor CC/CC SWIFT (conmutador con tecnología FET integrada) TPS554350 tiene una eficiencia superior al 90 % y es ideal para fuentes de alimentación industriales y comerciales de bajo consumo, monitores y televisores con pantallas de cristal líquido (LCD), unidades de disco duro, video. Tarjeta gráfica y adaptador de pared de 9 V o 12 V, punto de regulador de voltaje de carga.
Características y funciones del TPS54350
2.1 Características del TPS54350
Las características principales del convertidor CC/CC TPS54350 son las siguientes:
Continuo Cuando la corriente de salida es de 3 A, la eficiencia alcanza más del 90%;
El rango de voltaje de entrada es de 4,5 V a 20 V:
El voltaje de salida se puede ajustar tan bajo como 0,891 V (la precisión es del 1 %);
Sincronización de reloj externo programable:
La frecuencia de modulación de ancho de pulso amplio (1) WM) se fija en 250 kHz, 500 kHz o se puede ajustar desde 250 Rango de kHz a 700 kHz:
Límite de corriente máxima y protección de apagado térmico:
Apagado por subtensión ajustable;
Arranque suave interno:
Salida de seguridad de la fuente de alimentación.
2.2 Función del pin TPS54350 y función del circuito
2.2.1 Función del pin
VIN: pin de entrada de voltaje, el rango es 4,5 V ~ 20 V, se requiere derivación con un Condensador cerámico de baja resistencia en serie equivalente (ESR) de 10 μF:
UVL0: Salida de bloqueo por subtensión:
PWRGD: Salida de drenaje abierto. Cuando este pin está bajo, indica que la salida es inferior al valor de voltaje de salida deseado. La salida del comparador PWRGD tiene un filtro interno de flanco ascendente:
RT: pin de ajuste de frecuencia. Conecte una resistencia del pin RT a tierra (AGND) para configurar la frecuencia de conversión. Se puede obtener una frecuencia alternativa interna conectando el pin RT a tierra o flotante;
SYNC: Pin de sincronización de E/S bidireccional. Cuando el pin RT se deja flotante o se establece en nivel bajo, SYNC es una salida: cuando se conecta a una señal de flanco descendente, también se puede utilizar como puerto de entrada para sincronizar el reloj del sistema:
ENA: habilitar pin. por debajo de 0,5 V. El circuito deja de funcionar; se habilita cuando se deja flotando;
COMP: Error en salida del amplificador:
VSENSE: Error en nodo de conversión del amplificador, valor de voltaje de referencia:
AGND : Tierra analógica, conectada internamente al circuito de tierra analógico inductivo. Conectado a PGND y PowerPAD:
PGND: tierra de alimentación, conectado a AGND y PowerPAD;
VBIAS: voltaje de polarización interno de 8,0 v. Este pin debe conectarse a un condensador cerámico de 0,1 μF:
PH: terminal de fase, conectado al filtro LC externo;
BOOT: entre el pin BOOT y el pin PH Conecte un Condensador cerámico de O.1μF entre ellos.
2.2.2 Función del circuito
TPS54530 admite una salida de corriente de rango medio. Puede reducir el voltaje de salida a 0,891 V. Su precisión puede alcanzar el 1%. El TPS54530 integra MOSFET de lado alto y un controlador de puerta MOS-FET externo de lado bajo opcional.
Además, el dispositivo utiliza un amplificador de error de voltaje de alto rendimiento para mejorar en gran medida el rendimiento en condiciones transitorias, lo que permite una selección flexible de inductores y condensadores de filtro de salida. La frecuencia de conmutación se fija en 250 kHz o 500 kHz, pero también se puede aumentar a 7OO kHz para reducir el tamaño de los componentes pasivos.
La Figura 1 muestra el circuito de aplicación real de TPS54350. La figura muestra uno de los casos. El voltaje de salida es variable Al cambiar la resistencia de la resistencia R2, se puede obtener el valor de voltaje deseado. El voltaje de entrada en la Figura 1 es de 12 V y el voltaje de salida es de 3,3 V. La fórmula de cálculo de R2 es:
R2=R1x0.891/(Vo-0.891)
R1 = 1 KΩ
La Tabla 1 muestra los valores de R2 en varios voltajes de salida cuando Rl=l kΩ y R1=10 kΩ. El sistema diseñado por el autor se implementa aplicando el circuito que se muestra en la Figura 1. Asigne diferentes valores de resistencia a R2 según los diferentes requisitos de voltaje de salida. Consulte la Tabla 1 para conocer el método de selección del valor de resistencia. Además, los diseñadores deben tener en cuenta varios factores enumerados en la Tabla 2 al diseñar el circuito. R en este sistema. =l kΩ.
TPS54350 se utiliza en sistemas de procesamiento de señales
3.1 Composición del sistema y circuito de alimentación
Este sistema de procesamiento de señales utiliza el ADSP tipo TS201S de ADl compuesto por múltiples radares simulados. Sistema de procesamiento de señal en la película. El sistema consta principalmente de 5 DSP, 1 FPGA y 7 TPS54350. En el pasado, el MAXl951 y. Según la experiencia de PEGlll7 y después de muchas consideraciones de diseño, se utiliza el convertidor CC/CC TPS54350. Como se puede ver en la Tabla 1, el TPS54350 puede generar voltajes de 3,3 V, 2,5 V y 1,2 V. El DSP del sistema utiliza un reloj de 240 MHz y cada ciclo de instrucción es de aproximadamente 4,17 ns. Según las condiciones de trabajo del TS201S ADSP, cuando la temperatura es de 25 °C y el reloj CCLK es de 250 MHz, la corriente de suministro de VDD (1,25 V) típica es de 1,2 A y la corriente de suministro de VDD es inferior a 137 mA TPS54350. El voltaje de salida nominal es de 3 A. Por lo tanto, el diseño de este sistema es razonable.
TigerShar DSP tiene 3 fuentes de alimentación, entre las cuales la digital de 2,5 V (VDD_Io) suministra I/0; VDD) se utiliza la fuente de alimentación del núcleo DSP; fuente de alimentación del circuito de multiplicación de frecuencia y bucle interno analógico de 1,2 V (VDD_A). El sistema utiliza los 5 V proporcionados por el host para obtener los voltajes de 2,5 V y 1,2 V de cada DSP. Suministrado por 1 TPS54350 5. Los 1,2 V (VDD) del DSP son suministrados directamente por el host después de que se filtra el VDD (+1,2 V). El TPS54350 obtiene un suministro unificado de 2,5 V y proporciona el VccM (+2,5 V). ) voltaje de la FPGA (EPU1.K30). El Vcc_IO (+3.3V) de la FPGA utiliza la salida de voltaje de +3.3V del TPS54350 para alimentar el circuito de alimentación de este sistema. El diagrama de bloques se muestra en la Figura 2. La Figura 3 muestra el diagrama de bloques del circuito de alimentación central y la configuración del circuito periférico de un único DSP.
3.2 Problemas y soluciones
T37S54350 utiliza un pequeño paquete HTSSOP de 16 pines. experiencia pasada, se recomienda agregar un disipador de calor al TPS54350 y hacer que la línea de alimentación sea lo más gruesa posible para garantizar un voltaje más apropiado.
EPlK30 en el sistema genera formas de onda de reinicio de encendido y control de sincronización. Porque EPlK30 requiere un circuito de configuración y hay un problema de secuencia de encendido entre él y el DSP, es decir, después del encendido, si la FPGA completa la lectura del archivo de configuración, el DSP aún no se ha encendido de manera estable. El tiempo de nivel bajo de TStart_I0 debe extenderse completamente para evitar la situación en la que el encendido del DSP no sea estable y la forma de onda de encendido del FPGA haya finalizado.
Se debe garantizar que el DSP esté encendido de manera estable antes de leer el archivo de configuración FPGA. Se debe prestar total atención a este problema durante el diseño del sistema. De lo contrario, el DSP no funcionará correctamente. TigerSharc TS201S requiere que los 2,5 V digitales y l-2 V estén encendidos al mismo tiempo. Si no es posible una sincronización estricta, asegúrese de que la fuente de alimentación central de 1,2 V se encienda primero y la fuente de alimentación de E/S de 2,5 V se encienda más tarde. En este sistema, se conecta un condensador de gran capacidad en paralelo al terminal de entrada digital de 2,5 V. Se conecta un condensador de pequeña capacidad en paralelo al terminal de entrada digital de 1,2 V. El propósito es garantizar que el tiempo de carga de 2,5 V sea. mayor que el tiempo de carga de 1,2 V para resolver el problema de la secuencia de suministro de energía. Al diseñar un sistema, el diseño de la fuente de alimentación juega un papel importante. La elección del circuito es más importante. Elegir un circuito con un rendimiento de alto costo, buen rendimiento de disipación de calor y ahorro de recursos es la clave del diseño. Este artículo se analiza sobre la base de un resumen de la experiencia práctica. El sistema de procesamiento de señales de radar se ha probado en el trabajo real y se ha demostrado que su rendimiento es muy estable y puede utilizarse como referencia para otros diseñadores de hardware.