基于TPS6211X的FPGA高效電源設(shè)計(jì)

l 前言

　　隨著ARM微處理器技術(shù)和現(xiàn)場可編程邏輯陣列技術(shù)(FPGA)的發(fā)展及其在手持式設(shè)備中的應(yīng)用，手持式設(shè)備低功耗、微型化的要求越來越高。作為必然趨勢，節(jié)能將是未來手持式電子設(shè)備的必然特性，但是高效率和節(jié)能是一對(duì)矛盾，雖然作為手持設(shè)備能量來源的鋰電池的容量越來越大，但隨著功能的完善，手持設(shè)備的總功耗也在不斷增加，而鋰電池容量的能量體積比是有限的，這就要求不斷提高電源器件的轉(zhuǎn)換效率和改善電源管理方案。

　　在手持設(shè)備中，為了獲得較高的總功率，很多系統(tǒng)的電池電壓都在7 V之上，如7．2 V，9 V，12 V等。基于此，德州儀器(TI）推出了支持3．1～17 V輸入電壓范圍的1．5 A(典型值)DC／DC降壓轉(zhuǎn)換器系列器件TPS6211X。該小型集成電路(IC)的電源轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)95％，能夠顯著延長依靠2～3節(jié)鋰電池供電的手持式測試儀表及其他高端手持式設(shè)備的電池使用壽命。

2 TPS6211X器件簡介

　　TPS6211X系列器件是包含TPS6211，TPS62111，TPS62112三款DC／DC型電源器件，其中TPS62111和TPS62112分別為固定輸出3．3 V和5 V，TPS62110為可調(diào)輸出，輸出電壓范圍是1．2～16 V，其特性可滿足絕大多數(shù)手持式設(shè)備的電源需求。

2．1 引腳功能說明

　　TPS6211X標(biāo)準(zhǔn)封裝為QFN-16，尺寸為4 mm×4 mm，圖1所示為引腳排列。其引腳功能描述如表1所示。

2．2 性能特點(diǎn)

　　該系列器件屬于低紋波電壓噪聲的同步降壓型轉(zhuǎn)換器，開關(guān)頻率典型值為1 MHz，內(nèi)置FET，不需要額外的MOSFET和穩(wěn)壓管，降低了設(shè)計(jì)難度，允許設(shè)計(jì)人員利用更小的外部元件，不必?fù)?dān)心組件效能或轉(zhuǎn)換效率受到影響，既可節(jié)省板級(jí)空間，還能縮短系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間。此外，TPS6211X可與0．8～1．4 MHz的外部頻率訊號(hào)同步，設(shè)計(jì)靈活。

　　圖2a,b是TPS62111和TPs62112在多種輸人電壓下，分別工作在PFM(脈沖頻率調(diào)節(jié))模式和PWM(脈沖幅度調(diào)節(jié))模式下的電流電壓轉(zhuǎn)換效率曲線圖。從圖2可以看到，在PFM時(shí)，即工作在輕負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)高，均能達(dá)到90％；而當(dāng)輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化時(shí)，其工作在PWM模式，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)85％以上，這對(duì)于從7 V以上電壓值直接轉(zhuǎn)換到所需電壓值是非常有用的特性。圖2c為在不同輸入電壓下，輸出端電流的最大值。當(dāng)輸入電壓高于5 V時(shí),TPS6211X系列的最大輸出電流可達(dá)1．8A，將其用于驅(qū)動(dòng)要求電壓精度較高和電流幅值較大的FPGA器件是很合適的。