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DSP电源系统的低功耗设计

时间:11-13 来源:21IC电子网 点击:

时结束时,高压MOSFET开关管关闭,低压MOSFET开关管工作,直到电感电流为零。

  TPS62290有效地将电流传递给输出电容和负载。如果负载电流降低,则输出电压会上升,如果输出电压等于或是高于PFM比较器的极限电压,芯片将停止工作进入睡眠模式,此时电流约为15μA,整个电源系统的功耗达到最低。

2.3 可调输出电压原理

  TPS62290的电压输出范围为0.6V~Uin(Uin为输入电压),通过外接一个电阻取样网络实现输出电压的调整。其连接方法如图2所示。

可调输出电压可由下式计算得到:

  其中Uref=0.6V(内部基准电压),为了减小反馈网络的电流,R2的值为l80kΩ或是360kΩ,R1与R2的和不能超过lMΩ,以抑制噪声。外部反馈电容C1必须具有良好的负载瞬态响应特性,其取值范围为22~33pF。电感L的取值为1.5~4.7μH,输出电容的取值范围4.7~22μF。在PCB布线时,连接FB引脚的线路要远离噪声源,以减少干扰。

  2.4 输出滤波器设计

  TPS62290外接电感的取值范围为1.5~4.7μH,输出电容的取值范围为4.7~22μF,最优工作状态下,电感为2.2μH,输出电容取10μF。不同的工作状态,电感和电容的最佳取值不同。为了工作稳定,电感取值不得低于1μH,输出电容不得低于3.5μF。

  (1)电感的选择

  电感的取值直接影响到浪涌电流的大小。电感的选择主要依据是DC阻抗和饱和电流。电感的浪涌电流随着感应系数的增加而减小,随着输入和输出电压的增加而增加。在PFM模式下,电感也会影响到输出电压的波动。电感取值大,输出电压波纹小,PFM频率高,电感取值小,输出电压波纹大,PFM频率低。

  可以根据下式确定电感的大小:

其中f-开关频率(2.25MHz)、L一电感值、 AIL一波峰电流、ILmax一最大电感电流实际中常用的方法是:将TPS62290的最大开关电流作为电感电流额定值,带入上式,算出电感大小。

  (2)输出电容的选择

  TPS6229X系列芯片的输出电容推荐使用陶瓷电容,因为低ESR的陶瓷电容可以抑制输出电压波纹,电介质选用X7R或X5R。在高频情况下,若采用Y5V和Z5U电介质的电容,其电容值随温度的变化而变化,不宜采用。

  在额定负载电流下,TPS62290工作在PWM模式下,RMS电流计算如下:

在轻载电流下,调整器工作于节能模式,输出电压峰值取决于输出电容和电感的大小,大容量的电容和电感可以减小输出电压峰值,以平滑输出电压。

3 电路设计

  DSP双电源解决方案如图3所示。关于此电路的几点说明:

  1)电压输入端接电容值为10μF的陶瓷电容(C1、C2),减小输入电压的波动。
2)电压输出端接陶瓷电容(C5、C6、C7、C8),其电容值的选取参见本文2.4节。
3)U1的使能端接+5V高电平,上电输出1.8V电压,供给DSP内核。
4)U2的使能端接1.8V电压,当Ul输出1.8V电压时使能U2输出3.3V电压,供给DSP的I/O,这样就实现了核电压先上电,I/O电压后上电。
5)1.8V和3.3V数字电压分别通过铁氧体磁珠L3、L4进行滤波,从而输出1.8V和3.3V的模拟电压。
6)电阻R1、R2、R3、R4、C3、C4的取值参加本文2.3节。
7)电感L1、L2的取值参加本文2.4节。
8)MODE引脚接地,芯片工作于节能模式,功耗降低。

4 结论

  DSP复杂的电源系统对供电要求越来越高,如何在保证DSP高性能稳定工作的条件下,降低DSP系统的功耗是一个需要解决的问题。本文介绍了TI公司最新推出的适合DSP低功耗电源系统设计的开关电源芯片,并设计了基于该芯片的双电源方案,满足DSP系统要求的上电顺序。

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