TPS62290開關電源晶元特點及應用

1 晶元特點

TPS62290是TI公司最新推出的高效率同步降壓DC／DC轉換器，應用於手機、掌上電腦、攜帶型媒體播放器以及低功耗DSP電源設計中，其主要有以下特點：

 輸出電流高達1000mA

 輸入電壓範圍為2．3～6V

 固定工作頻率為2．25MHz

 輸出電壓誤差範圍為一1．5％～1．5％

 輕載下採用節能模式

 靜態電流約15μA

 最大占空比為100％

 晶元採用2×2×0．8mm SON封裝

圖l是TPS62290封裝圖，各引腳功能如表l所示。

2. 工作原理

TPS62290降壓調整器有兩種工作模式：PWM模式和節能模式。當負載電流增大時，工作於PWM模式，當負載電流減小時，自動轉入節能模式以減小系統功耗。

在PWM模式下，TPS62290使用獨特的快速響應電壓控制器將輸入電壓供給負載，在每個周期的開始觸發高壓MOSFET開關管，電流從輸入電容經過高壓MOSFET開關和電感流向輸出電容和負載。這一階段，電流逐漸上升，當上升到PWM的極限電流時觸發比較器，關閉高壓MOSFET開關管。當高壓MOSFET開關管的電流過大時也會觸發電流極限比較器將其關閉。經過一段死區時間，低壓MOSFET整流器工作，電感電流逐漸降低，電流從電感流向輸出電容和負載，通過低壓MOSFET整流器再流回電感中。在下個周期開始時，時鐘信號又關閉低壓MOSFET整流器並且打開高壓MOSFET開關管，如此循環往複。

當MODE引腳置為低電平時，TPS62290工作於節能模式。當負載電流減小時，也會自動轉入節能模式。當工作於節能模式時，其工作頻率會降低，負載電流接近靜態電流，輸出電壓會比正常工作的輸出電壓高大約1％。此時，輸出電壓會受到PFM比較器的監視，一旦輸出電壓降低，器件發出一個PFM電流脈衝，觸發高壓MOSFET開關管，使電感電流上升。當定時結束時，高壓MOSFET開關管關閉，低壓MOSFET開關管工作，直到電感電流為零。

TPS62290有效地將電流傳遞給輸出電容和負載。如果負載電流降低，則輸出電壓會上升，如果輸出電壓等於或是高於PFM比較器的極限電壓，晶元將停止工作進入睡眠模式，此時電流約為15μA，整個電源系統的功耗達到最低。



3.可調輸出電壓原理

TPS62290的電壓輸出範圍為0．6V～Uin(Uin為輸入電壓)，通過外接一個電阻取樣網路實現輸出電壓的調整。其連接方法如圖2所示。

可調輸出電壓可由下式計算得到：

其中Uref=0．6V(內部基準電壓)，為了減小反饋網路的電流，R2的值為l80kΩ或是360kΩ，R1與R2的和不能超過lMΩ，以抑制雜訊。外部反饋電容C1必須具有良好的負載瞬態響應特性，其取值範圍為22～33pF。電感L的取值為1．5～4．7μH，輸出電容的取值範圍4．7～22μF。在PCB布線時，連接FB引腳的線路要遠離雜訊源，以減少干擾。

4.輸出濾波器設計

TPS62290外接電感的取值範圍為1．5～4．7μH，輸出電容的取值範圍為4．7～22μF，最優工作狀態下，電感為2．2μH，輸出電容取10μF。不同的工作狀態，電感和電容的最佳取值不同。為了工作穩定，電感取值不得低於1μH，輸出電容不得低於3．5μF。

(1)電感的選擇

電感的取值直接影響到浪涌電流的大小。電感的選擇主要依據是DC阻抗和飽和電流。電感的浪涌電流隨著感應係數的增加而減小，隨著輸入和輸出電壓的增加而增加。在PFM模式下，電感也會影響到輸出電壓的波動。電感取值大，輸出電壓波紋小，PFM頻率高，電感取值小，輸出電壓波紋大，PFM頻率低。

可以根據下式確定電感的大小：

 

  其中f-開關頻率(2．25MHz)、L一電感值、 AIL一波峰電流、ILmax一最大電感電流實際中常用的方法是：將TPS62290的最大開關電流作為電感電流額定值，帶入上式，算出電感大小。

(2)輸出電容的選擇

TPS6229X系列晶元的輸出電容推薦使用陶瓷電容，因為低ESR的陶瓷電容可以抑制輸出電壓波紋，電介質選用X7R或X5R。在高頻情況下，若採用Y5V和Z5U電介質的電容，其電容值隨溫度的變化而變化，不宜採用。

在額定負載電流下，TPS62290工作在PWM模式下，RMS電流計算如下：

 在輕載電流下，調整器工作於節能模式，輸出電壓峰值取決於輸出電容和電感的大小，大容量的電容和電感可以減小輸出電壓峰值，以平滑輸出電壓。

5.TPS62290應用電路

DSP雙電源解決方案如圖3所示。關於此電路的幾點說明：

1)電壓輸入端接電容值為10μF的陶瓷電容(C1、C2)，減小輸入電壓的波動。

2)電壓輸出端接陶瓷電容(C5、C6、C7、C8)，其電容值的選取參見本文2．4節。

3)U1的使能端接+5V高電平，上電輸出1．8V電壓，供給DSP內核。

4)U2的使能端接1．8V電壓，當Ul輸出1．8V電壓時使能U2輸出3．3V電壓，供給DSP的I／O，這樣就實現了核電壓先上電，I／O電壓後上電。

5)1．8V和3．3V數字電壓分別通過鐵氧體磁珠L3、L4進行濾波，從而輸出1．8V和3．3V的模擬電壓。

6)電阻R1、R2、R3、R4、C3、C4的取值參加本文2．3節。

7)電感L1、L2的取值參加本文2．4節。

8)MODE引腳接地，晶元工作於節能模式，功耗降低。