基于TPS54550的電源模塊設(shè)計(jì)

章磊

摘 要： 提出了一種以TPS54550芯片為核心的DC/DC電源模塊的設(shè)計(jì)方法。分析了主要器件的特性，針對(duì)電流、效率等指標(biāo)對(duì)主要外圍電路的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，并對(duì)該電源模塊進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。實(shí)踐證明該電源模塊能夠滿足設(shè)計(jì)需求，具有一定實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵字： 開(kāi)關(guān)電源； 電路設(shè)計(jì)； 電源模塊； Swift Designer

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0153?03

Abstract： A design method of DCDC power module based on TPS54550 is proposed in this paper. The characteristics of principal devices are analyzed. According to the parameters of current， efficiency and other indexes， the parameters of main peripheral circuits were designed and simulated with the simulation tool Swift Designer of TI. The relevant testing was performed for the power module. Its max output current is 6 A and its ripple is less than 10 mV. The testing result proves that power module can meet the design requirements and has a certain practical value.

Keywords： switch power supply； circuit design； power module； Swift Designer

0 引 言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路工作電壓越來(lái)越低，工作速度越來(lái)越高，需求功率越來(lái)越大，要求其電源裝置體積小效率高，低電壓大電流輸出。開(kāi)關(guān)電源利用磁場(chǎng)儲(chǔ)能，無(wú)論升壓、降壓或是兩者同時(shí)進(jìn)行，都可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高的變換效率。由于變換效率高，因此發(fā)熱很小，散熱處理得以簡(jiǎn)化，因此開(kāi)關(guān)電源具有設(shè)計(jì)靈活，散熱小，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。

要取得低紋波、低EMI、低噪聲的電源，關(guān)鍵在于電路設(shè)計(jì)，尤其是輸入/輸出電容、輸出電感的選擇和布局。本文中提出一種采用TI公司TPS54550電源芯片設(shè)計(jì)的6 A規(guī)格的DC/DC電源模塊。

1 基本原理

TPS54550PWP為一款中等輸出電流同步buck PWM轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成一上MOSFET和一用于驅(qū)動(dòng)外置下MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)器。包含一高性能電壓誤差放大器，可使暫態(tài)性能最優(yōu)，同時(shí)使輸出濾波電感和電容選擇更靈活。TPS54550PWP有一under?voltage?lockout電路，即輸入電壓高于4.5 V才啟動(dòng)；一緩啟動(dòng)電路，可減小啟動(dòng)時(shí)脈沖電流；輸入或輸出相位同步可配置特性。輸入電壓范圍4.5～20 V，輸出電流6 A，峰值電流7.5 A，開(kāi)關(guān)頻率250～700 kHz，同時(shí)緩啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，過(guò)流和過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)。

TPS54550PWP開(kāi)關(guān)控制上、下MOS管導(dǎo)通，輸出方波，經(jīng)過(guò)輸出電感、電容整流濾波輸出直流電壓，通過(guò)反饋調(diào)整占空比調(diào)節(jié)輸出電壓大小。本電源模塊要求輸出電流6 A，在50%負(fù)載下效率85%以上，紋波小于10 mV。

2 外圍電路設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)關(guān)頻率

5 結(jié) 語(yǔ)

仿真和實(shí)際測(cè)試的結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的電源模塊能夠符合要求，實(shí)際的使用中也證明是可靠的。

參考文獻(xiàn)

[1] PRESSMAN A I.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2] Texas Instruments. TPS54550 datasheet [R]. USA： TI， 2006.

[3] 衡耀付，陳富君.一種基于UC3842的新型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2009（9）：133?136.

[4] 戴媛媛，賈新章，王少熙.MOSFET和IGBT器件在開(kāi)關(guān)電源中的一種應(yīng)用方法及其仿真[J].電子器件，2006（9）：738?741.

[5] 王劍.SWIFTTM Designer電源設(shè)計(jì)程序[J].世界電子元器件，2002（8）：53?54.

[6] 董玉林.開(kāi)關(guān)電源紋波與噪聲的抑制[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008（10）：302?305.

摘 要： 提出了一種以TPS54550芯片為核心的DC/DC電源模塊的設(shè)計(jì)方法。分析了主要器件的特性，針對(duì)電流、效率等指標(biāo)對(duì)主要外圍電路的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，并對(duì)該電源模塊進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。實(shí)踐證明該電源模塊能夠滿足設(shè)計(jì)需求，具有一定實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵字： 開(kāi)關(guān)電源； 電路設(shè)計(jì)； 電源模塊； Swift Designer

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0153?03

Abstract： A design method of DCDC power module based on TPS54550 is proposed in this paper. The characteristics of principal devices are analyzed. According to the parameters of current， efficiency and other indexes， the parameters of main peripheral circuits were designed and simulated with the simulation tool Swift Designer of TI. The relevant testing was performed for the power module. Its max output current is 6 A and its ripple is less than 10 mV. The testing result proves that power module can meet the design requirements and has a certain practical value.

Keywords： switch power supply； circuit design； power module； Swift Designer

0 引 言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路工作電壓越來(lái)越低，工作速度越來(lái)越高，需求功率越來(lái)越大，要求其電源裝置體積小效率高，低電壓大電流輸出。開(kāi)關(guān)電源利用磁場(chǎng)儲(chǔ)能，無(wú)論升壓、降壓或是兩者同時(shí)進(jìn)行，都可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高的變換效率。由于變換效率高，因此發(fā)熱很小，散熱處理得以簡(jiǎn)化，因此開(kāi)關(guān)電源具有設(shè)計(jì)靈活，散熱小，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。

要取得低紋波、低EMI、低噪聲的電源，關(guān)鍵在于電路設(shè)計(jì)，尤其是輸入/輸出電容、輸出電感的選擇和布局。本文中提出一種采用TI公司TPS54550電源芯片設(shè)計(jì)的6 A規(guī)格的DC/DC電源模塊。

1 基本原理

TPS54550PWP為一款中等輸出電流同步buck PWM轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成一上MOSFET和一用于驅(qū)動(dòng)外置下MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)器。包含一高性能電壓誤差放大器，可使暫態(tài)性能最優(yōu)，同時(shí)使輸出濾波電感和電容選擇更靈活。TPS54550PWP有一under?voltage?lockout電路，即輸入電壓高于4.5 V才啟動(dòng)；一緩啟動(dòng)電路，可減小啟動(dòng)時(shí)脈沖電流；輸入或輸出相位同步可配置特性。輸入電壓范圍4.5～20 V，輸出電流6 A，峰值電流7.5 A，開(kāi)關(guān)頻率250～700 kHz，同時(shí)緩啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，過(guò)流和過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)。

TPS54550PWP開(kāi)關(guān)控制上、下MOS管導(dǎo)通，輸出方波，經(jīng)過(guò)輸出電感、電容整流濾波輸出直流電壓，通過(guò)反饋調(diào)整占空比調(diào)節(jié)輸出電壓大小。本電源模塊要求輸出電流6 A，在50%負(fù)載下效率85%以上，紋波小于10 mV。

2 外圍電路設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)關(guān)頻率

5 結(jié) 語(yǔ)

仿真和實(shí)際測(cè)試的結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的電源模塊能夠符合要求，實(shí)際的使用中也證明是可靠的。

參考文獻(xiàn)

[1] PRESSMAN A I.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2] Texas Instruments. TPS54550 datasheet [R]. USA： TI， 2006.

[3] 衡耀付，陳富君.一種基于UC3842的新型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2009（9）：133?136.

[4] 戴媛媛，賈新章，王少熙.MOSFET和IGBT器件在開(kāi)關(guān)電源中的一種應(yīng)用方法及其仿真[J].電子器件，2006（9）：738?741.

[5] 王劍.SWIFTTM Designer電源設(shè)計(jì)程序[J].世界電子元器件，2002（8）：53?54.

[6] 董玉林.開(kāi)關(guān)電源紋波與噪聲的抑制[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008（10）：302?305.

摘 要： 提出了一種以TPS54550芯片為核心的DC/DC電源模塊的設(shè)計(jì)方法。分析了主要器件的特性，針對(duì)電流、效率等指標(biāo)對(duì)主要外圍電路的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，并對(duì)該電源模塊進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。實(shí)踐證明該電源模塊能夠滿足設(shè)計(jì)需求，具有一定實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵字： 開(kāi)關(guān)電源； 電路設(shè)計(jì)； 電源模塊； Swift Designer

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0153?03

Abstract： A design method of DCDC power module based on TPS54550 is proposed in this paper. The characteristics of principal devices are analyzed. According to the parameters of current， efficiency and other indexes， the parameters of main peripheral circuits were designed and simulated with the simulation tool Swift Designer of TI. The relevant testing was performed for the power module. Its max output current is 6 A and its ripple is less than 10 mV. The testing result proves that power module can meet the design requirements and has a certain practical value.

Keywords： switch power supply； circuit design； power module； Swift Designer

0 引 言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路工作電壓越來(lái)越低，工作速度越來(lái)越高，需求功率越來(lái)越大，要求其電源裝置體積小效率高，低電壓大電流輸出。開(kāi)關(guān)電源利用磁場(chǎng)儲(chǔ)能，無(wú)論升壓、降壓或是兩者同時(shí)進(jìn)行，都可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高的變換效率。由于變換效率高，因此發(fā)熱很小，散熱處理得以簡(jiǎn)化，因此開(kāi)關(guān)電源具有設(shè)計(jì)靈活，散熱小，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。

要取得低紋波、低EMI、低噪聲的電源，關(guān)鍵在于電路設(shè)計(jì)，尤其是輸入/輸出電容、輸出電感的選擇和布局。本文中提出一種采用TI公司TPS54550電源芯片設(shè)計(jì)的6 A規(guī)格的DC/DC電源模塊。

1 基本原理

TPS54550PWP為一款中等輸出電流同步buck PWM轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成一上MOSFET和一用于驅(qū)動(dòng)外置下MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)器。包含一高性能電壓誤差放大器，可使暫態(tài)性能最優(yōu)，同時(shí)使輸出濾波電感和電容選擇更靈活。TPS54550PWP有一under?voltage?lockout電路，即輸入電壓高于4.5 V才啟動(dòng)；一緩啟動(dòng)電路，可減小啟動(dòng)時(shí)脈沖電流；輸入或輸出相位同步可配置特性。輸入電壓范圍4.5～20 V，輸出電流6 A，峰值電流7.5 A，開(kāi)關(guān)頻率250～700 kHz，同時(shí)緩啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，過(guò)流和過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)。

TPS54550PWP開(kāi)關(guān)控制上、下MOS管導(dǎo)通，輸出方波，經(jīng)過(guò)輸出電感、電容整流濾波輸出直流電壓，通過(guò)反饋調(diào)整占空比調(diào)節(jié)輸出電壓大小。本電源模塊要求輸出電流6 A，在50%負(fù)載下效率85%以上，紋波小于10 mV。

2 外圍電路設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)關(guān)頻率

5 結(jié) 語(yǔ)

仿真和實(shí)際測(cè)試的結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的電源模塊能夠符合要求，實(shí)際的使用中也證明是可靠的。

參考文獻(xiàn)

[1] PRESSMAN A I.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2] Texas Instruments. TPS54550 datasheet [R]. USA： TI， 2006.

[3] 衡耀付，陳富君.一種基于UC3842的新型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2009（9）：133?136.

[4] 戴媛媛，賈新章，王少熙.MOSFET和IGBT器件在開(kāi)關(guān)電源中的一種應(yīng)用方法及其仿真[J].電子器件，2006（9）：738?741.

[5] 王劍.SWIFTTM Designer電源設(shè)計(jì)程序[J].世界電子元器件，2002（8）：53?54.

[6] 董玉林.開(kāi)關(guān)電源紋波與噪聲的抑制[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008（10）：302?305.