TPS5120型雙輸出同步降壓DC-DC控制器

摘要：TPS5120是美國(guó)TI公司研制的雙輸出同步降壓DC-DC控制器，它在輕載時(shí)可由PWM模式切換至SKIP模式以提高其轉(zhuǎn)換效率。文中介紹了TPS5120的主要性能和參數(shù)，給出了基于TPS5120控制器的雙路輸出DC-DC電源電路和主要設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：同步降壓 DC-DC控制器 TPS5120

1 引言

TPS5120是一款新穎的雙輸出高效率同步降壓DC-DC控制器，在輕負(fù)載時(shí)，它可由PWM模式切換至SKIP模式，其目的是降低運(yùn)行工作頻率、縮小低端MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間，以提高輕負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)換效率。TPS5120的在片1.5A驅(qū)動(dòng)電路可直接驅(qū)動(dòng)低成本N溝道MOSFET；其內(nèi)部無(wú)檢流電阻的過(guò)流保護(hù)電路和恒定高端MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓源可大大簡(jiǎn)化DC-DC電源設(shè)計(jì)。TPS5120的兩路輸出是相互獨(dú)立的，它們的相位差是180°，這樣既可減少輸入電流紋波，還可降低對(duì)輸入電源容量的要求；它們的軟啟動(dòng)時(shí)間常數(shù)以及電壓/電流保護(hù)均可分別設(shè)定，因此應(yīng)用極其靈活方便。

2 外型封裝與引腳功能

TPS5120采用30腳TSSOP封裝，其引腳排列如圖1所示，各引腳功能見表1所列。

表1 引腳功能、符號(hào)、輸入/輸出類型

3 TPS5120的內(nèi)部電路

TPS5120內(nèi)部主要由參考電壓源、PWM電路、誤差放大器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、電壓保護(hù)、電流保護(hù)和軟啟動(dòng)等電路組成。

電壓保護(hù)具有欠壓/過(guò)壓保護(hù)功能；電流保護(hù)則提供短路和限流保護(hù)功能；當(dāng)超過(guò)所設(shè)定的保護(hù)門限時(shí)，器件將立刻關(guān)斷輸出驅(qū)動(dòng)電路，以避免外接功率MOSFET燒壞。

TPS5120的輸出狀態(tài)可由相關(guān)引腳XTBY1、STBY2和5V-STBY2來(lái)分別設(shè)定，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所列。

表2 TPS5120通路1/2輸出狀態(tài)的選擇表

表中的A表示軟啟動(dòng)期間為高電平，D表示禁止，E表示使能，H和L分別表示高電平和低電平。

4 主要性能參數(shù)

TPS5120的極限參數(shù)如下：

●輸入電源電壓VCC為-0.3～30.V；

●輸入電壓：STBY1、STBY2、5V～STBY為-0.3～30V；INV1、INV2、CT、PWM/SKIP、REG5V-IN為-0.3～7V；SOFTSTART1、SOFTSTART2、FLT、POWERGOOD為-0.3V～30V；TRIP1、TRIP2為-0.3～30V。

●輸出電壓：LL1、LL2為-0.3～30V；OUT1-u、OUT2-u、LH1、LH2為-0.3～35V；OUT1-d、OUT2-d、FB1、FB2為0.3～7V；REF-0.3～3V；

●功耗PD(TA≤25℃)：874mW；

●工作溫度范圍TA：-20℃～+85℃；

●存貯溫度范圍Tstg：-55℃～+150℃；

●轉(zhuǎn)換效率（最大值）：95%；

為了使TPS5120能夠安全可靠地工作，下面給出推薦的工作條件：

●輸入電源電壓：VCC為4.5～28V；

●輸入電壓：REG5V-IN、POWERGOOD通常在為-0.1～5.5V；INV1、INV2、CT、PWM/SKIP、SOFTSTART1、SOFTSTART2小于6V；STBY1、STBY2、5V～STBY小于28V；OUT1-u、OUT2-u、LH1、LH2小于33V；TRIP1、TRIP2為-0.1～28V；

●振蕩器工作頻率：fosc為300～500kHz；

●工作溫度范圍TA：-20℃～+85℃。

5 典型應(yīng)用電路及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

用TPS5120構(gòu)成的雙輸出DC-DC電源電路如圖2所示，選擇合適的外圍元器件的參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)所需的輸出電壓/電流等要求。

5.1 輸出電壓的設(shè)置

TPS5120可通過(guò)參考電壓和分壓器的參數(shù)來(lái)設(shè)置輸出電壓V0，公式如下：

V0=（R1Vref/R2）Vref

式中：R1=R101A+R101B或R201A+R201B

R2=R103或R203

它們分別為分壓器的上端和下端電阻，Vref為內(nèi)部參考電源電壓（其值為0.85V）。

一般在設(shè)定輸出電壓時(shí)，先給定R1，再算出R2的值，圖2中的R101A和R201A為粗調(diào)電阻，R101B和R201B為精調(diào)電阻。

5.2 輸出電流紋波Iripple

輸出電流紋波對(duì)開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率和輸出電壓紋波都有一定的影響，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以抑制，其大小為：

Iripple=[V1-V0-I0(rDS+RL)]DTs/Lout

式中：rDS為MOSFET的導(dǎo)通電阻；RL為負(fù)載電阻；D為驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比；Ts為MOSFET的關(guān)斷時(shí)間。

工程上輸出電流紋波Iripple主要通過(guò)選擇輸出電感Lout來(lái)加以抑制。上式計(jì)算出的輸出電流紋為峰峰值。

5.3 限流保護(hù)

TPS5120每路輸出電流的限定值是通過(guò)內(nèi)部的電流源和外接的限流電阻RCI（R107和R207）來(lái)確定的，在某些不需要過(guò)壓/欠壓保護(hù)的場(chǎng)合，可將FLT端直接接地；另外，再拆掉限流電阻R107、R207及電容C105、C205即可取消限流保護(hù)功能。

5.4 布線要點(diǎn)

設(shè)計(jì)與布線是保證DC-DC電源能夠具有優(yōu)異性能的兩個(gè)重要方面，因此不可厚此薄彼。對(duì)一個(gè)輸出電流從數(shù)毫安至幾百毫安的電源而言，布線是一項(xiàng)極其重要的工作，一般程序是從開關(guān)端至輸出端，然后再回到驅(qū)動(dòng)電路部分，最后是低電平級(jí)的電路。而對(duì)于應(yīng)用TPS5210構(gòu)成的DC-DC電源來(lái)說(shuō)，模擬地與驅(qū)動(dòng)地應(yīng)先各自匯聚后連在一起，且連接布線應(yīng)盡呆能寬一些、短一些，以減少共模阻抗所帶來(lái)的共模干擾。可能的話，可在TPS5120芯片的正下方區(qū)域接模擬地，這對(duì)干擾信號(hào)有一定的屏蔽作用。需要說(shuō)明的是：TPS5210的輸入和輸出是“非隔離的”。