TPS5430电源芯片应用.doc

1、内容摘要：TPS5430 是 TI （美国德州仪器公司） 最新推出的一款 DC/DC 开关电源转换芯片。其优越的性能使得它刚刚上市就受到广泛关注。本文描述了该芯片的特征、参数、功能、结构， 并结合实践情况对其在地震前兆观测仪器中的应用进行了介绍。一、引 言地震前兆观测仪器是地震前兆观测的重要组成部分。只有仪器稳定、工作可靠， 才能为地震前兆分析工作提供连续的原始数据。不断的挖掘和采用高性能的元器件替换相对性能低的、旧的元器件是改善仪器性能的一条途径。TPS5430 是 TI 公司最新推出的一款性能优越的 DC /DC 开关电源转换芯片。我们对其进行了开发， 并将其应用到了 TJ 2 型体积式应

2、变仪的数据采集系统。二、TPS5430 简介1.TPS5430 特性TPS5430 具有良好的特性， 其各项性能及主要参数如下：高电流输出：3A （峰值 4A）;宽电压输入范围：5.536V;高转换效率：最佳状况可达 95%;宽电压输出范围：最低可以调整降到 1.221V;内部补偿最小化了外部器件数量;固定 500kHz 转换速率;有过流保护及热关断功能;具有开关使能脚， 关状态仅有 17uA 静止电流;内部软启动与其他同类型直流开关电源转换芯片相比， TPS5430 的高转换效率特别值得关注。图 1 为在 12V 输入电压、5V 输出电压时 TPS5430 转换效率与输出电流的关系曲线图。图

3、 1 TPS5430 芯片的效率- 电流关系曲线图2. 功能和结构（1） 管脚说明：TPS5430 采取 8 脚 SO IC PowerPADTM 封装， 形式如图 2。图 2 TPS5430 封装（2） 内部结构及功能：晶振（Oscillator） 频率。固定 500kHz 转换速率， 使得在同样的输出波纹要求下产生更小的输出电感。基准（Reference） 电压。通过缩放温度稳定能隙带电路的输出范围， 基准电压系统产生精确的基准信号。经测试， 在允许的温度范围内， 1.221V 电压输出时能隙带和缩放电路保持平衡。 ENA （使能脚） 和（ Slow Start） 内部软启动。当 ENA

4、脚上的电压超过极限电压时转换器和内部的软启动开始工作， 低于极限电压，转换器停止工作软启动开始复位。ENA 脚接地或电压小于 015V 时转换器停止工作。ENA脚可以悬空。 UVLO （欠压锁定） 。TPS5430 带有 UVLO 电路。无论在上电或掉电过程中， 只要 V IN （输入电压） 低于极限电压， 转换芯片不工作。UVLO 比较器的典型迟滞值为 330mV. Boost CaPACitor （启动电容） 。在 BOOT 脚和 PH 脚间连接 0.01F 的陶瓷电容， 为 MOSFET 的高端提供门电压。 VSENSE （外部反馈） and Internal Compensation

5、（内部补偿） 。输出电压通过外部电阻分压被反馈到 VSENSE 脚。在稳定状态下， VSENSE 脚的电压等于电压参考值 1.221V.TPS5430 拥有内部补偿电路， 简化了芯片设计。 Voltage Feed Forward （电压正反馈） 。内部的电压正反馈保证了无论输入电压如何变化电源芯片都有一个恒定的增益。这大大简化了稳定性分析， 改进了瞬态响应。TPS5430 的正反馈增益典型值为 25. Pulse W idth Modulation Control （脉宽控制） 。转换器采取固定频率控制方式。 Overcurrent Protection （过流保护） 。过流保护电路使得电流

6、超过极限值时， 内部的过流指示器设置为真， 过流保护被触发。 Thermal Shutdown （热关断） 。接点温度超过了温度关断点， 电压参数被置为地， 高端 MOSFET 关断。受软启动电路的控制， 当接点温度降到比温度关断点低 14时， 芯片重新启动。三、TPS5430 在地震前兆观测数据采集系统中的应用数据采集系统是地震前兆观测仪器的重要组成部分， 它将传感器探测到的微弱模拟信号转换成数字信号， 并运算， 为后续的地震分析提供可靠数据。最初， 我们曾采用 MAX1626 等芯片电源为 TJ 2 型体积式应变仪数据采集系统供电，但在测试中我们发现系统工作不稳定， 仪器会出现自动重启现象

7、。究其原因， 发现是 MAX1626 等芯片电源带负载能力不足够大造成的。因此， 经过多方考察， 我们最终选用带负载能力强、效率高、外围器件少的 TPS5430 芯片作电源， 为数据采集系统的 A /D 转换模块和数据处理模块供电， 原理如图 3。图 3 数据采集系统原理图。1. 电路设计在对 TJ 2 型体积式应变仪数据采集系统的供电电源设计过程中， 首先要根据工作要求确定设计参数， 然后根据参数设计电路和选择外围元器件。（1） 设计参数要求输入电压范围： 10.819.8V;输出电压： 5V;输入波纹电压： 300mV;输出波纹电压：30mV;输出额定电流： 3A.（2） 应用电路本系统电

8、源设计选用 TPS5430 的经典电路， 如图 4。图 4 10181918V 输入转 5V 输出电压应用电路图（3） 元件的选择输入电容。TPS5430 需要一个稍大些的退耦电容。这里推荐 10F （C 1） 的高性能陶瓷电容。也可以选择小一点的电容， 但要满足输入电压和额定电流波纹要求。输出滤波器件。输出滤波器件， 即 L 1、 C 2.TPS5430 具有内部补偿电路。输出电感与最大输出电流有关， 这里选择 15H 电感。输出电容是影响额定电压、额定波纹电流和等价阻抗（ ESR） 的重要设计因素。此应用中选择 220F 输出电容， 此时电路中产生的 RMS 波纹电流为 143mA， 需要

9、最大的 ESR 为 40M。输出电压设置。输出电压由 VSENSE 脚的电阻（ R 1、R 2 ） 决定。如果输出电压 5.0V， 参考电压1.221V， R1 为 10k， 则确定 R2 为 3.24k。 BOOT （启动） 电容。BOOT 电容 C 2 选择 0.01F.捕获二极管。TPS5430 需要外部捕获二极管， 选择 B340A， 它的反向电压为 40V， 正向电流3A， 正向电压 0.5V.2. 电路板设计TI 公司推荐了 TPS5430 的 10.819.8V 输入转 5V 输出电压电路板布线和元器件放置方式图， 如图 5。TPS5430 的电路板设计过程中要遵循一般电源转换芯片电路的设计原则， 以达到预期效果。另外还有两点需要注意： PowerPAD 要求与地相连， 可在芯片正下方放置焊盘， 并打过孔， 以方便正确马爱虹等： 电源转换芯片 TPS5430 及其应用焊接。对 ENA 脚没有特殊要求时可悬空， 也可预留出信号过孔。图 5 电路板设计图四、结 语。目前， 利用 TPS5430 电源供电的 TJ22 型体积式应变仪的数据采集仪器已经在内蒙古、云南等很多地震台站中得到实际应用。经过验证电源工作状况良好， 各项性能均能满足工作要求， 可推广到其他硬件设计中。