TPS5430電源芯片應(yīng)用

1、內(nèi)容摘要：TPS5430是TI （美國(guó)德州儀器公司） 最新推出的一款DC/DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片。其優(yōu)越的性能使得它剛剛上市就受到廣泛關(guān)注。本文描述了該芯片的特征、參數(shù)、功能、結(jié)構(gòu)， 并結(jié)合實(shí)踐情況對(duì)其在地震前兆觀測(cè)儀器中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。一、引 言地震前兆觀測(cè)儀器是地震前兆觀測(cè)的重要組成部分。只有儀器穩(wěn)定、工作可靠， 才能為地震前兆分析工作提供連續(xù)的原始數(shù)據(jù)。不斷的挖掘和采用高性能的元器件替換相對(duì)性能低的、舊的元器件是改善儀器性能的一條途徑。TPS5430是TI公司最新推出的一款性能優(yōu)越的DC /DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片。我們對(duì)其進(jìn)行了開發(fā)， 并將其應(yīng)用到了TJ 2型體積式應(yīng)變儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。二

2、、TPS5430簡(jiǎn)介1.TPS5430特性TPS5430具有良好的特性， 其各項(xiàng)性能及主要參數(shù)如下：高電流輸出：3A （峰值4A）;寬電壓輸入范圍：5.536V;高轉(zhuǎn)換效率：最佳狀況可達(dá)95%;寬電壓輸出范圍：最低可以調(diào)整降到1.221V;內(nèi)部補(bǔ)償最小化了外部器件數(shù)量;固定500kHz轉(zhuǎn)換速率;有過(guò)流保護(hù)及熱關(guān)斷功能;具有開關(guān)使能腳， 關(guān)狀態(tài)僅有17uA靜止電流;內(nèi)部軟啟動(dòng)與其他同類型直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片相比， TPS5430的高轉(zhuǎn)換效率特別值得關(guān)注。圖1為在12V輸入電壓、5V輸出電壓時(shí)TPS5430轉(zhuǎn)換效率與輸出電流的關(guān)系曲線圖。圖1TPS5430芯片的效率- 電流關(guān)系曲線圖2.功能和結(jié)構(gòu)

3、（1） 管腳說(shuō)明：TPS5430采取8腳SO IC PowerPADTM封裝， 形式如圖2。圖2TPS5430封裝（2） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能：晶振（Oscillator） 頻率。固定500kHz轉(zhuǎn)換速率， 使得在同樣的輸出波紋要求下產(chǎn)生更小的輸出電感。基準(zhǔn)（Reference） 電壓。通過(guò)縮放溫度穩(wěn)定能隙帶電路的輸出范圍， 基準(zhǔn)電壓系統(tǒng)產(chǎn)生精確的基準(zhǔn)信號(hào)。經(jīng)測(cè)試， 在允許的溫度范圍內(nèi)， 1.221V電壓輸出時(shí)能隙帶和縮放電路保持平衡。 ENA （使能腳） 和（ Slow Start） 內(nèi)部軟啟動(dòng)。當(dāng)ENA腳上的電壓超過(guò)極限電壓時(shí)轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部的軟啟動(dòng)開始工作， 低于極限電壓，轉(zhuǎn)換器停止工作軟啟動(dòng)開始

4、復(fù)位。ENA腳接地或電壓小于015V時(shí)轉(zhuǎn)換器停止工作。ENA腳可以懸空。 UVLO （欠壓鎖定） 。TPS5430帶有UVLO電路。無(wú)論在上電或掉電過(guò)程中， 只要V IN （輸入電壓） 低于極限電壓， 轉(zhuǎn)換芯片不工作。UVLO比較器的典型遲滯值為330mV. Boost CaPACitor （啟動(dòng)電容） 。在BOOT腳和PH腳間連接0.01F的陶瓷電容， 為MOSFET的高端提供門電壓。 VSENSE （外部反饋） and Internal Compensation （內(nèi)部補(bǔ)償） 。輸出電壓通過(guò)外部電阻分壓被反饋到VSENSE腳。在穩(wěn)定狀態(tài)下， VSENSE腳的電壓等于電壓參考值1.221V.

5、TPS5430擁有內(nèi)部補(bǔ)償電路， 簡(jiǎn)化了芯片設(shè)計(jì)。 Voltage Feed Forward （電壓正反饋） 。內(nèi)部的電壓正反饋保證了無(wú)論輸入電壓如何變化電源芯片都有一個(gè)恒定的增益。這大大簡(jiǎn)化了穩(wěn)定性分析， 改進(jìn)了瞬態(tài)響應(yīng)。TPS5430的正反饋增益典型值為25. Pulse W idth Modulation Control （脈寬控制） 。轉(zhuǎn)換器采取固定頻率控制方式。 Overcurrent Protection （過(guò)流保護(hù)） 。過(guò)流保護(hù)電路使得電流超過(guò)極限值時(shí)， 內(nèi)部的過(guò)流指示器設(shè)置為真， 過(guò)流保護(hù)被觸發(fā)。 Thermal Shutdown （熱關(guān)斷） 。接點(diǎn)溫度超過(guò)了溫度關(guān)斷點(diǎn)， 電壓

6、參數(shù)被置為地， 高端MOSFET關(guān)斷。受軟啟動(dòng)電路的控制， 當(dāng)接點(diǎn)溫度降到比溫度關(guān)斷點(diǎn)低14時(shí)， 芯片重新啟動(dòng)。三、TPS5430在地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是地震前兆觀測(cè)儀器的重要組成部分， 它將傳感器探測(cè)到的微弱模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)， 并運(yùn)算， 為后續(xù)的地震分析提供可靠數(shù)據(jù)。最初， 我們?cè)捎肕AX1626等芯片電源為TJ 2型體積式應(yīng)變儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電，但在測(cè)試中我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定， 儀器會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)重啟現(xiàn)象。究其原因， 發(fā)現(xiàn)是MAX1626等芯片電源帶負(fù)載能力不足夠大造成的。因此， 經(jīng)過(guò)多方考察， 我們最終選用帶負(fù)載能力強(qiáng)、效率高、外圍器件少的TPS5430芯片

7、作電源， 為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A /D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理模塊供電， 原理如圖3。圖3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖。1.電路設(shè)計(jì)在對(duì)TJ 2型體積式應(yīng)變儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的供電電源設(shè)計(jì)過(guò)程中， 首先要根據(jù)工作要求確定設(shè)計(jì)參數(shù)， 然后根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)電路和選擇外圍元器件。（1） 設(shè)計(jì)參數(shù)要求輸入電壓范圍： 10.819.8V;輸出電壓： 5V;輸入波紋電壓： 300mV;輸出波紋電壓： 30mV;輸出額定電流： 3A.（2） 應(yīng)用電路本系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)選用TPS5430的經(jīng)典電路， 如圖4。圖4 10181918V輸入轉(zhuǎn)5V輸出電壓應(yīng)用電路圖（3） 元件的選擇輸入電容。TPS5430需要一個(gè)稍大些的退耦電容。這里推薦10

8、F （C 1） 的高性能陶瓷電容。也可以選擇小一點(diǎn)的電容， 但要滿足輸入電壓和額定電流波紋要求。輸出濾波器件。輸出濾波器件， 即L 1、C 2.TPS5430具有內(nèi)部補(bǔ)償電路。輸出電感與最大輸出電流有關(guān)， 這里選擇15H電感。輸出電容是影響額定電壓、額定波紋電流和等價(jià)阻抗（ ESR） 的重要設(shè)計(jì)因素。此應(yīng)用中選擇220F輸出電容， 此時(shí)電路中產(chǎn)生的RMS波紋電流為143mA， 需要最大的ESR為40M。輸出電壓設(shè)置。輸出電壓由VSENSE腳的電阻（R 1、R 2 ） 決定。如果輸出電壓5.0V， 參考電壓1.221V， R1為10k， 則確定R2為3.24k。 BOOT （啟動(dòng)） 電容。BOOT電容C 2選擇0.01F.捕獲二極管。TPS5430需要外部捕獲二極管， 選擇B340A， 它的反向電壓為40V， 正向電流3A， 正向電壓0.5V.2.電路板設(shè)計(jì)TI公司推薦了TPS5430的10.819.8V輸入轉(zhuǎn)5V輸出電壓電路板布線和元器件放置方式圖， 如圖5。TPS5430的電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循一般電源轉(zhuǎn)換芯片電路的設(shè)計(jì)原則， 以達(dá)到預(yù)期效果。另外還有兩點(diǎn)需要注意： PowerPAD要求與地相連， 可在芯片正下方放置焊盤， 并打過(guò)孔， 以方便正確馬愛虹等： 電源轉(zhuǎn)換芯片TPS5430及其應(yīng)用焊接。對(duì)E