전원공급시스템의 기술적 분석

TPS54350 DC/DC 컨버터를 기반으로 한 전원 공급 시스템 설계

텍사스 인스트루먼트에서 출시한 MOSFET이 탑재된 TPS54350 고효율 DC-DC 컨버터의 특성과 핀 기능을 소개합니다. 신호 프로세서 전원 공급 시스템에 TPS54350을 적용하는 방법을 설명합니다. 실제 작업에서 발생할 수 있는 문제점에 대해서도 하드웨어 설계자가 참고할 수 있도록 전원 공급 시스템의 세부 설계 방식과 참고 회로를 기술한다. TPS54350은 TI(Texas Instruments)가 출시한 MOSFET이 내장된 새로운 고효율 DC/DC 컨버터로, 연속 출력 전류가 3A일 때 입력 전압 범위는 4.5입니다. V~20V. 이 컨버터는 부하 전력 관리 설계를 크게 단순화하여 설계자가 디지털 신호 프로세서(DSP), 현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 및 마이크로프로세서 구동 장치에 직접 전력을 공급할 수 있도록 해줍니다. TPS554350 SWIFT(통합 FET 기술이 적용된 스위치) DC/DC 컨버터는 효율이 90% 이상이며 저전력 산업용 및 상업용 전원 공급 장치, LCD(액정 디스플레이)가 장착된 모니터 및 TV, 하드 디스크 드라이브, 비디오에 이상적입니다. 그래픽 카드 및 9V 또는 12V 벽면 어댑터 부하 지점 전압 조정기.

TPS54350의 특징과 기능

2.1 TPS54350의 특징

TPS54350 DC/DC 컨버터의 주요 특징은 다음과 같습니다.

연속 출력 전류가 3A일 때 효율은 90% 이상에 도달합니다.

입력 전압 범위는 4.5V~20V입니다.

출력 전압은 다음과 같이 낮게 조정할 수 있습니다. 0.891V(정확도 1%);

프로그래밍 가능한 외부 클록 동기화:

넓은 펄스 폭 변조(1) WM) 주파수 - 250kHz, 500kHz 또는 250kHz로 고정~ 700kHz 조정 가능 범위:

피크 전류 제한 및 과열 차단 보호:

조정 가능한 저전압 차단,

내부 소프트 스타트:

전원 공급 장치 안전 출력.

2.2 TPS54350 핀 기능 및 회로 기능

2.2.1 핀 기능

VIN: 전압 입력 핀, 범위는 4.5V~20V, 필수 바이패스 낮은 ESR(등가 직렬 저항) 10μF 세라믹 커패시터:

UVL0: 저전압 차단 출력:

PWRGD: 오픈 드레인 출력. 이 핀이 로우이면 출력이 원하는 출력 전압 값보다 낮다는 것을 나타냅니다. PWRGD 비교기의 출력에는 내부 상승 에지 필터가 있습니다.

RT: 주파수 설정 핀. 변환 주파수를 설정하려면 RT 핀의 저항을 접지(AGND)에 연결하세요. RT 핀을 접지 또는 플로팅에 연결하여 내부 대체 주파수를 얻을 수 있습니다.

SYNC: 양방향 I/O 동기화 핀. RT 핀이 플로팅 상태로 남아 있거나 로우로 설정되면 SYNC가 출력이 됩니다. 하강 에지 신호에 연결되면 시스템 클록을 동기화하기 위한 입력 포트로 사용할 수도 있습니다.

ENA: 핀을 활성화합니다. 0.5V 이하. 회로는 작동을 멈추고 부동 상태로 두면 활성화됩니다.

COMP: 증폭기 출력 오류:

VSENSE: 오류 증폭기 변환 노드, 기준 전압 값:

AGND : 유도형 아날로그 접지 회로에 내부적으로 연결된 아날로그 접지입니다. PGND 및 PowerPAD에 연결됨:

PGND: 전원 접지, AGND 및 PowerPAD에 연결됨,

VBIAS: 내부 8.0V 바이어스 전압. 이 핀은 0.1μF 세라믹 커패시터에 연결되어야 합니다.

PH: 위상 터미널, 외부 LC 필터에 연결됨,

BOOT: BOOT 핀과 PH 핀 사이 연결 그 사이에 O.1μF 세라믹 커패시터가 있습니다.

2.2.2 회로 기능

TPS54530은 중간 범위 전류 출력을 지원하며 출력 전압을 0.891V로 줄일 수 있습니다. 정확도는 1%에 달합니다. TPS54530은 하이 측 MOSFET과 옵션인 로우 측 외부 MOS-FET 게이트 드라이버를 통합합니다. 또한 이 장치는 고성능 전압 오류 증폭기를 사용하여 과도 조건에서 성능을 크게 향상시켜 출력 필터 인덕터 및 커패시터를 유연하게 선택할 수 있습니다. 스위칭 주파수는 250kHz 또는 500kHz로 고정되어 있지만 수동 부품의 크기를 줄이기 위해 700kHz까지 늘릴 수도 있습니다.

그림 1은 TPS54350의 실제 응용 회로를 보여줍니다. 그림은 저항 R2의 저항을 변경하여 원하는 전압 값을 얻을 수 있는 경우 중 하나를 보여줍니다.

그림 1의 입력 전압은 12V이고 출력 전압은 3.3V입니다. R2의 계산 공식은 다음과 같습니다.

R2=R1x0.891/(Vo-0.891)

R1 = 1KΩ

표 1은 Rl=1kΩ 및 R1=10kΩ일 때 여러 출력 전압에서 R2의 값을 보여줍니다. 저자가 설계한 시스템은 그림 1의 회로를 적용하여 구현하였다. 다양한 출력 전압 요구 사항에 따라 R2에 서로 다른 저항 값을 할당하십시오. 저항 값 선택 방법은 표 1을 참조하십시오. 또한 설계자의 경우 회로를 설계할 때 표 2에 나열된 여러 요소를 고려해야 합니다. 이 시스템의 R. =1kΩ.

TPS54350은 신호 처리 시스템에 사용됩니다.

3.1 시스템 구성 및 전원 공급 회로

이 신호 처리 시스템은 여러 개의 A 시뮬레이션 레이더로 구성된 ADl의 TS201S 유형 ADSP를 사용합니다. 영화의 신호 처리 시스템은 주로 DSP 5개, FPGA 1개, TPS54350 7개로 구성됩니다. MAXl951과 MAXl951은 과거에 사용되었습니다. PEGIII7의 경험을 바탕으로 많은 설계 고려를 거쳐 TPS54350 DC/DC 컨버터가 사용되었습니다. 표 1에서 볼 수 있듯이 TPS54350은 3.3V, 2.5V 및 1.2V의 전압을 출력할 수 있습니다. 시스템의 DSP는 240MHz 클록을 사용하며 각 명령 주기는 약 4.17ns입니다. TS201S ADSP의 작동 조건에 따르면 온도가 25°C이고 클록 CCLK가 250MHz일 때 일반적인 VDD(1.25V) 공급 전류는 1.2A이고 VDD 공급 전류는 137mA 미만입니다. 정격 출력 전압은 3A입니다. 따라서 이 시스템의 설계는 합리적입니다.

TigerShar DSP에는 3개의 전원 공급 장치가 있으며 그 중 디지털 2.5V(VDD_Io)는 디지털 1.2V( VDD)가 사용됩니다. 아날로그 1.2V(VDD_A) 내부 위상 고정 루프 및 주파수 증배 회로 전원 공급 장치는 호스트에서 제공하는 5V를 사용하여 각 DSP의 2.5V 및 1.2V 전압을 얻습니다. 1개의 TPS54350에서 공급됩니다. 5. DSP의 1.2V(VDD)는 VDD(+1.2V)가 필터링된 후 호스트에서 직접 공급됩니다. TPS54350은 2.5V의 통합 공급을 획득하고 VccM(+2.5V)을 제공합니다. ) FPGA의 Vcc_IO(+3.3V)는 TPS54350의 +3.3V 전압 출력을 사용하여 이 시스템의 전원 공급 장치 회로에 전원을 공급합니다. 그림 3은 단일 DSP의 핵심 전원 회로 블록 다이어그램과 주변 회로 구성을 보여줍니다.

3.2 문제 및 해결 방법

T37S54350은 소형 16핀 HTSSOP 패키징을 사용합니다. 과거의 경험으로는 TPS54350에 방열판을 추가하고 전력선을 최대한 두껍게 만들어 시스템의 EPlK30이 파워온 리셋 파형과 타이밍 제어를 생성하는 것이 좋습니다. EPlK30에는 구성 회로가 필요하고 EPlK30과 DSP 사이에 전원 켜기 시퀀스 문제가 있기 때문에, 즉 전원을 켠 후 FPGA가 구성 파일 읽기를 완료하면 DSP에 아직 안정적으로 전원이 공급되지 않습니다. DSP 전원 켜짐이 안정적이지 않지만 FPGA 전원 켜짐 파형이 종료되는 상황을 방지하려면 TStart_I0의 로우 레벨 시간을 완전히 연장해야 합니다. 따라서 FPGA 구성 파일 전에 DSP 전원 켜짐이 안정적인지 확인해야 합니다. 시스템을 설계할 때 이 문제에 주의를 기울여야 합니다. 그렇지 않으면 DSP가 제대로 작동하지 않습니다. 엄격한 동기화가 불가능한 경우 TigerSharc TS201S의 전원을 동시에 켜야 합니다. 이를 달성하려면 먼저 코어 1.2V 전원을 켜야 합니다. I/0의 2.5V 전원을 켠 후, 이 시스템은 디지털 2.5V 입력 단자와 소용량 커패시터가 병렬로 연결되어 있습니다. 디지털 1.2V 입력 단자와 병렬로 연결된 커패시터의 목적은 2.5V 충전 시간을 보장하여 전원 공급 장치 시퀀스 문제를 해결하는 것입니다. 시스템을 설계할 때 전원 공급 장치의 설계는 중요한 역할을 합니다. 회로의 선택이 더 중요합니다. 높은 비용 성능, 좋은 방열 성능 및 자원 절약을 갖춘 회로를 선택하는 것이 설계의 핵심입니다. 이 기사에서는 실제 경험을 요약하여 논의합니다. 레이더 신호 처리 시스템은 실제 작업에서 테스트되었으며 성능이 매우 안정적임을 입증하여 다른 하드웨어 설계자에게 참고 자료로 사용할 수 있습니다.