TOPSwitch-GX开关电源在牙科X光机中的应用

1 引言

TPS54350是德州仪器(TI)新推出的一款内置MOSFET的高效DC／DC变换器．采用小型16引脚HISSOP封装．连续输出电流为3 A时，输入电压范围为4．5 V~20 V。该变换器极大地简化了负载电源管理的设计，使得设计人员可直接通过中压总线(而不依赖额外的低电压总线)为数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)及微处理器供电。TPS554350 SWIFT(采用集成FET技术的开关)DC／DC变换器的效率高达90％以上，非常适用于低功耗工业与商用电源、带液晶显示屏(LCD)的监视器与电视、硬盘驱动、视频图像卡以及9 V或12V墙式适配器负载点稳压装置。

2 TPS54350的特性和功能

2．1 TPS54350的特性

TPS54350型DC／DC变换器的主要特性如下：

连续输出电流为3 A时．效率达90%以上；

输入电压范围为4．5 V一20V：

输出电压可调低至0．891 V(精确度为l％)；

可编程外部时钟同步：

宽的脉宽调制(1)WM)频率一固定为250 kHz、500 kHz或250 kHz~700 kHz的可调节范围：

峰值电流限制与热关断保护：

可调节的欠压关断；

内部软启动：

电源安全输出。

2．2 TPS54350引脚功能和电路功能

2．2．1 引脚功能

VIN：电压输入引脚，范围为4．5V～20V，必须旁路连接一个低等效串联电阻(ESR)的10μF陶瓷电容器：

UVL0：欠压闭锁输出：

PWRGD：开漏输出。该引脚为低电平时，表示输出低于期望的输出电压值。PWRGD比较器的输出端有一个内部的上升沿滤波器：

RT：频率设置引脚。在RT引脚与地(AGND)之间接一只电阻器．设置转换频率。将RT引脚接地或悬空可以得到一个内部备选频率；

SYNC：双向I／O同步引脚。当RT引脚悬空或置低电平时，SYNC为输出：当它与一个下降沿信号连接时，亦可作为一个输入端口来同步系统时钟：

ENA：使能引脚。低于0．5 V时。电路停止工作；悬空时被使能；

COMP：误差放大器输出：

VSENSE：误差放大器转换节点，基准电压值：

AGND：模拟地，内部与感应模拟地电路连接。与PGND和PowerPAD连接：

PGND：电源地，与AGND和PowerPAD连接；

VBIAS：内部8．0 v偏置电压。该引脚要接1只0．1 μF的陶瓷电容器：

PH：相位端，与外部LC滤波器连接；

BOOT：在BOOT引脚与PH引脚之间连接一只O．1μF的陶瓷电容器。

2．2．2 电路功能

TPS54530支持中等范围的电流输出．能够将输出电压降至0．891 V．其精度可达l%。TPS54530集成了高端MOSFET和一个可选择的低端外部MOS-FET栅极驱动器。此外，该器件还采用了高性能电压误差放大器，极大地改善了瞬时条件下的性能，从而可灵活选择输出滤波电感器与电容器。开关频率固定在250 kHz或500 kHz，也可以将其升高到7OO kHz，以缩小无源组件的尺寸。

图1示出TPS54350的实际应用电路，图中给出的是其中一种情况，其输出电压是可变的，通过改变电阻器R2的阻值，可得到期望的输出电压值。图l中的输入电压为12 V，输出电压为3．3 V，其中R2的计算公式为：

R2=R1x0．891／(Vo-0.891)

R1=1 KΩ

表1给出当Rl=l kΩ和R1=10 kΩ,时的几种输出电压下的R2的值。笔者设计的系统就是应用图1所示的电路来实现。根据不同的输出电压要求赋给R2不同的阻值，其阻值的取法可参照表l。另外，对于设计者来说，设计电路时要考虑到表2所列的几个因素。本系统中的R。=l kΩ。

3 TPS54350在信号处理系统中应用

3．1 系统组成及供电电路

本信号处理系统采用的是ADl公司的TS201S型ADSP组成的多片某仿真雷达信号处理系统．系统主要由5个DSP、1个FPGA和7个TPS54350组成。在以往使用的MAXl951和。PEGlll7的经验基础上．经过多方面的设计考虑，采用了TPS54350型DC／DC变换器．从表1可以看出．TPS54350可以输出3．3 V、2．5 V和1．2V的电压。系统中的DSP采用240 MHz时钟，每个指令周期约为4．17 ns。根据TS201S型ADSP的工作条件可知，当温度为25℃、时钟CCLK(为250 MHz时，典型情况下的VDD(1．25V)供电电流典型值为1．2 A，VDD的供电电流小于137 mA。TPS54350的额定输出电压为3 A．所以此系统的设计是合理的。