2014年5月15日
现代电子技术
第37卷第10期
Modern Electronics Tcchniquc
Yal. 37 No. 10
基于TPS54550的
电源模块设计
章磊
(武汉邮电科学研究院,湖北武汉430074)
摘要:提出了一种以TPS54550芯片为核心的DCDC.电源模块的设计方法。分析了主要器件的特性,针对电流、效率
等指标对主要外团电路的参数进行了设计和仿真,并对该电源模块进行了相关测试。实践证明该电源模块能够满足设计需
求,具有一定实用价值
关键字:开关电源;电路设计:电源糗块; Swill Designci
中图分类号:TN710-.34
文献标识码
文章编号:1004-373X(2014)10-0153-03
Design of power module based on TPS54550
ZHANG Lei
Wuhan Research Institute of Posts and'i'elecommunications. Wuhan 430074, China)
Abstract: A desigu mcleod of DCDC power module based on TP$54550 is proposed in this papcr. The characlerislics of
prineipal devices are analyzed. Ac cording Io Ihe paramelers of currenl, efficiency and olher indexes, the paramclers of main po
ripheral circuits were designed and simulated with the simulation tool Swift Designer of T'l. The relevant testing was performed
for the power module. Its max output current is 6 A and its ripple is less than 10 V. 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; Swill Designer
容选择更灵活。TPS54550PWP有? under- vollage-loce
0引言
ouL电路,即输入电压高于4.5Vオ启动;一缓启动电路,
随着电子技术的飞速发農,集成电路工作电压越来可减小启动时脉沖电流:输入或输出相位同步可配置特
越低,⊥作速度越来越高,需求功卒越来越大,要求其电性。输入电压范围4.5~20V,输出电流6A,峰值电流
源装置体积小效率高,低电压大电流输出。开关电源利75A,开关頻率250~700kI,同时缓启动时问可调,过
用磁场储能,无论?、降正或是两者同时进行.都可以流和过热关断保护
实现相当高的变换效率。由于变换效率高,因此发热很
图1为TPS54550开关电源的原理图。
小,故热处理得以简化,因此师关电源具有设计灵活,散
热小,成本较低的优点。
VIN
INPUT
yo IAGH
要取得低纹波、低LMI、低噪卢的电源,关键在于电
PWRGD TS54550
路设计,尤其是输人/输出电容、输出电感的选择和布
VBIAS
BOO
局。本文中提出?种采用T公司TPS54550电源芯片设
计的6A规格的 DC/DC电源模块
1基本原理
VSENSE
TPS54550PWP为款中等输出电流同步bu
PWM转换器,内部集成一上 MOSFET和一用于驱动外
置下 MOSFET的门极驱动器。包含一高性能电压误差
放大器,可使暂态性能最优,同时使输出滤波电感和电
图1开关电源原理图
WP开关控制上、下MOS管导通,输出方
收稿日期:2014-02-13
波,经过输出电感、电容整流滤波输岀直流电压,通过反
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现代电子技术
2014年第37卷
馈调整占空比调节输出电压大小。本电源模块要求电流。
输出电流6A,在50%负载下效率85%以上,纹波小于
输出电容的选择与纹波电流、纹波电压、环路稳定
10 my
性有关。因此输出电容的SR应尽量低,同时「.C滤波
器谐振频率应小于开关频率的1/5。这里采用两个
2外围电路设计
22pF陶瓷电容并联组成输出电容,同时,该电源模块
2.1开关卒
使用时,对应母板输出再放置一个200F以上钽电容
当SYNC引脚接地时,开关频率为250kHz,SYNC.以减小输出纹波。
接10k2电阻时,可以在R-引脚和地之问接一个外部电2.4反馈电阻
阻以使其频率可以在250~700kI1调整。师关频率域
VSENSB引脚是芯片内部误差放大器的接口,比较
Ra-之间的关系如图2所示。由图可知500kHz开关频率器的参考电压为0.891V,电压反馈回路通过R,R3组成
对应的R-所接阻值为100kΩ
的分压网络与 YSENST.相连。R1,R2的阻值与输出电压
之间的关系为
R,×0.891
(2)
0.891
反馈电阻使用较大阻值的电阻可以提高轻负载时
的效率,但是电阻过高,也会使内部调整器更容易受到
噪声和输出电压波动的影响。因此,R,选用10k2,1%
精度的电阻作为基准,根据输出电压的要求改变R2调整
输出电压。
2.5下 MOSFET管
TPs5450内部集成上 MOSFET管,并由LSG管脚
驱动下 YOSFFT管的门级。下 MOSFET的选择主要考
图2Rr电阻与开关烦率关系
虑 MOSFET管的产生的损耗。 MOSFET管产生的损耗
主要由 MOSEII的开电阻Rm产生的传导损耗和开关
2.2输入电容
输入去耦电容选择10止的陶瓷电答,并尽量近损耗组成。下 MOSFET的传导损耗和F关损耗可由
式(3),式(4)确定
电源芯片安装,可以有效减少输入电压的高频噪声。为
PCIS
了减小输入纹波电压,接人·个100pF滤波电容。从
而获得质量较好的输入电源。
PDLS=
(4
2.3输出滤波
式中:为负载电流;ム=占空周期=Vam/Va,4、4分別
输出电容电感对输出电压的纹波大小、负载电流变为上.升时间和下降时问、为体二极管开电压。因此对
化的响应能力有很大影响
于传导损耗,R应尽可能小。对于开关损耗,,和取
输出电感的选择与期望的纹波电流,如式(1)所示:决于米勒电容,它通常由C-D极间电荷(Qa)米表示,Q2a
越低, MOSFET的开关速度越快。同时要考虑所采用的
MOSFET满足最大漏极电流高于6A。本设计中采用的
MOSFET为大功率N沟道场效应晶体管CSD16406Q3,
其中fsw为开关频率,7=△/m,称作电流纹波比
其漏极连纮电流达19A,并具有较低的Q:和Qのa,其R