降压型开关稳压器TPS5410

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降压型开关稳压器TPS5410~TPS5450

为了取代降压型线性稳压器,推出新一代开关型降压稳压器系列,其输入电压为5.5V~36V,输出电流分别为1A(TPS5410),2A(TPS5420),3A(TPS5430)及5A(TPS5450)系列,其主要性能及特点:

* 宽的输入电压范围从5.5V~36V。

* 高的转换效率,从90%~95%,内部功率开关导通电阻分别为110mΩ的MOSFET开关。

* 输出电压范围从1.22V~35V,精度为1.5%。

* 设置好内部放大器补偿网络,大幅度减少外部元件。

* 固定开关频率在500KHZ,大幅度减小了外部电感电容的体积。

* 好的线性调整率和瞬态响应能力。

* 保护系统包括过流保护和芯片过热保护。

* 工作环境为-40℃~+125℃。

* 采用有散热底板的POWER-SO-8封装。

该器件有广泛的市场空间,如机顶盒,DVD,LCD-TV,工业电子产品,音频系统电源,电池充电,LED驱动,适用于输入电压为24V及12V的电子系统。

其8个引脚功能如下:

1PIN——BOOT,为高边MOSFET驱动用的升压电容接线端,外接0.01μF电容从BOOT 到PH端。

2PIN——NC。

3PIN——NC。

4PIN——VSENSE。反馈输入端,外部用电阻分压器接到输出。

5PIN——ENA,芯片的ON/OFF控制端,其电平在0.5V以下时,器件停止开关,将其浮动时,芯片即使能。

6PIN——GND,IC公共端。

7PIN——VIN,外部电压输入端。紧靠IC外接旁路电容。

8PIN——PH,高边功率开关的源极,接到外部电感及回流二极管。

POWER PAD,封装底部金属板,外接至PGND。

TPS5410~50系列开关稳压器内部等效电路如图1所示,基本应用电路如图2。

图1 TPS5410 系列内部等效方块电路

图2 TPS5410系列基本应用电路

下面详细介绍其原理和功能。

* 振荡频率

内部自由运转振荡器设置PWM的开关频率在500KHZ,这样可以大幅度减小输出电感感量,同时保持好的纹波。

* 电压基准

电压基准系统产生一个精密的基准电压信号给误差放大器,其电压值为1.221V,为优秀的能隙式基准电压源。

* 使能和内部软起动

ENA端提供电气的开启/关断控制给稳压器,一旦ENA端电压超出阈值电压,稳压器即开始工作,内部软起动电压开始上斜,如果ENA端电压拉到阈值电压以下,稳压器停止开关,内部的软起动功能复位,将此端接GND或任何低于0.5V电压将禁止稳压器工作,此时TPS5410系列工作电流典型为18μA。

ENA端有一个内部上拉电流源,它允许用户将此端悬浮,如果需要控制此端,外部可用开路漏极或开路集电极的器件与之接口,用此方法限制起动时的冲击电流,内部的软起动电路用来产生一个从0V到最终值的上斜电压,软起动时间典型为8mS。

* 欠压闩锁功能

TPS5410系列加入一个欠压闩锁电路以保持器件V IN电压低于UVLO阈值时闩锁不起动,在加电期间内部电路协助其不激活,直到V IN超出UVLO起始阈值电压,一旦UVLO 起始阈值电压达到,器件即开始起动,器件进入正常工作,在V IN降到UVLO以下时停止工作,其UVLO有330mV的比较器窗口。

* 升压电容

外接一支0.01μF低ESR瓷片电容在BOOT端与PH端之间这电容提供栅驱动电压给内部高边功率MOSFET作驱动源。

* 输出反馈和内部补偿

输出电压的设置由外部加一个电阻分压器网络从结点将电压送到VSENSE端,稳态工作时,VSENSE端电压为1.221。

TPS5410系列用内部补偿网络来简化稳压器的设计,由于TPS5410系列为电压型控制,采用Ⅲ型补偿网络,提供一个高复盖频率及高的相移以保持系统稳定。

* 电压前馈

内部电压前馈提供一个恒定的功率级增益应对任何输入电压的变化,这极大地提高了系统的稳定性,改善了瞬态响应。电压前馈的正向变化改变内部上斜电压应对输入电压变化,调制功率级增益,前馈增益由下式表示:

(1)

其典型值为25(对TPS5410系列)。

* 脉宽调制控制

稳压器采用固定频率脉冲宽度调制器的控制方法,首先,反馈电压与基准电压比较送入高增益的误差放大器产生误差电压,然后误差电压与PWM比较器的上斜电压比较,用此方法,误差电压的幅度即控制了脉冲宽度,即控制了占空比,最后PWM输出送入栅驱动电路控制高边功率MOSFET的导通时间。

* 过流保护

过流保护采用检测高边MOSFET源漏电压的方法进行漏源电压与事先设置的过流保护阈值比较,如电动机漏源电压超过过流阈值限制,过流指示器设置真,于是系统将不管过流指示器,在每个周期的前沿消隐时间关断开关,并防止任何开启噪声的失灵。

一旦过流指示器设置真,过流保护被触发,高边MOSFET关断,在一个小的延迟之后周期复位,过流保护系统逐个周期模式的限流。

如果检测电流连续在逐个周期限流模式下增加,则进入打呃的过流保护,它触发后替代了逐个周期限流模式,在打呃模式过流保护期间,电压基准电平跌到地电平,高边MOSFET 完全关断,一旦打呃时间过去,稳压器重新开始软起动。

* 过热关断

TPS5410系列在过热时自行关断,由内部过热关断电路执行。在其结温超过保护点时,电压基准电平跌到地电平,高边MOSFET关断,在芯片结温降下到过热保护点14℃以下时,重新起动软起动电路。

样板的PCB布局如图3所示,实际应用电路如图4,为12V到5V的原理图。

图3 样板的PCB参考布局

图4 实际应用电路(输入11-20V)输出5V。

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