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1、172地壳构造与地壳应力文集(19)2006年电源转换芯片TPS5430及其应用马爱虹李海亮(中国地震局地壳应力研究所北京100085)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
2、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型体积式应变仪的数据采集系统。二、TPS5430简介11TPS5430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:515～36V;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11221V;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
3、出电压时TPS5430转换效率与输出电流的关系曲线图。21功能和结构(1)管脚说明:TMTPS5430采取8脚SOICPowerPAD封装,形式如图2。(2)内部结构及功能:①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。②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。经测马爱虹等:电源转换芯片TPS5430及其应用173图1TPS5430芯片的效率-电流关系曲线图图2TPS5430封装1:BOOT脚,FET门驱动;2:空;3:空;4:VSENSE脚,误差放大器转换节点,基准电
4、压值;5:使能脚;6:地;7:电压输入脚;8:PH脚,相位端,与外部LC滤波器连接;9:PowerPAD脚,与过孔焊盘连接,用于散热试,在允许的温度范围内,11221V电压输出时能隙带和缩放电路保持平衡。③ENA(使能脚)和(SlowStart)内部软启动。当ENA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。④UVLO(欠压锁定)。TPS5430带有UVLO电路。无论在上电或掉电过程中,只要VIN(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330m
5、V。⑤BoostCapacitor(启动电容)。在BOOT脚和PH脚间连接0101μF的陶瓷电容,为MOSFET的高端提供门电压。⑥VSENSE(外部反馈)andInternalCompensation(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174地壳构造与地壳应力文集(19)等于电压参考值11221V。TPS5430拥有内部补偿电路,简化了芯片设计。⑦VoltageFeedForward(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
6、益典型值为25。⑧Pulse-Width-ModulationControl(脉宽控制)。转换器采取固定频率控制方式。⑨OvercurrentProtection(过流保护)。过流保护电路使得电流超过极限值时,内部的过流指示器设置为真,过流保护被触发。⑩ThermalShutdown(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
7、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。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11电路设计
