基于PTH05010的低电压大电流电源解决方案.doc

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1、基于PTH05010的低电压大电流电源解决方案西安电子科技大学齐志强对于一个实际的电子系统，电源部分是不可缺少的，也是至关重要的。因为一旦电源出了问题，很容易烧毁芯片，损失金钱且浪费时间，所以在电源的挑选上必须慎之又慎。挑选电源时不仅要关心输入电压、输出电压和电流，还要仔细考虑系统总的功耗、电源的稳定性、电源实现的效率、电源部分对负载变化的瞬态响应能力、关键器件对电源波动的容忍范围以及相应的允许的电源纹波，还有散热问题等。现在大型FPGA等电子器件得到了日益广泛的应用，FPGA的功耗一般比较大，工作电压却很低，所以电流一般比较大，特别

2、是系统启动时瞬时电流很大，这就对电源提出了新的要求。目前市场上的电源芯片一般工作电流都是几个安培，10安培以上的芯片很少，而且一般电压不会做的很低，本文将就一种低电压大电流的电源解决方案做一简略介绍。表1为TI提供的ALTERA的StraixⅡ系列FPGA内核I/O电源参考。从表1中可以看出，FPGA的内核及I/O工作电流都可达十几安培甚至更高，而工作电压一般在1.2～3.3V。分析了系统需要的具体技术指标，就可以来选择合适的电源实现电路了。一般直流转换电源分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源虽然具有优良的纹波及动态响应特性，

3、输出纹波小，但是效率不高，其工作效率仅为30%～50%，发热量大，需要加体积庞大的散热片，可提供的电流相对较小，其过载能力也很差。开关稳压电源的功耗极低，效率高，其平均工作效率可达70%～90%，发热量小，稳压范围宽，但纹波大，在输出端并接稳压二极管可以改善，另外还会产生尖峰脉冲干扰，可在电路中串联磁珠来改善。本次设计要求输入为5V直流电压，输出分别为1.2V和3.3V，电流均要求可达12A。由于电流较大，采用线性稳压电源效率低，发热量大，所以选用PTH05010开关电源模块。虽然FPGA不要求内核电源和I/O电源之间有特殊的上电顺序

4、,但是从系统级考虑，总线竞争就要求按顺序上电。这种情况下,内核电源的上电就应当同步或提前于 I/O。如果只有内核获得供电,I/O没有供电,对芯片不会产生损害,只是没有输入输出能力而已；如果反过来,周边I/O得到供电而内核没有加电，将是非常危险的。所以本设计加入了TPS3808监控电路，以确保两种输出电压同时输出，同时还具有低压保护及系统复位的功能。芯片简介PTH05010是由TI公司推出的一款5V输入，输出电压可调的电源模块，其输出电流可达15A。该系列电源模块的引脚兼容，使用方法也一致，便于替换。PTH05010电源模块主要特性包括

5、：输入电压范围4.5～5.5V，输出电压0.8～3.6V，开关频率275～325kHz，最大稳压误差±2%，最高转换效率96%(不同电压输出时的效率不同，如输出1.2V时效率为88％，输出3.3V时效率为95％)。TPS3808是TI公司的一款具有低静态电流、可编程延迟的监控电路。主要电器参数包括：输入电压范围1.8～6.5V，上电复位可调整延迟时间1.25ms～10s，典型静态电流2.4μA，高精度门限0.5％。典型应用PTH05010的典型应用电路如图1所示。图1 PTH05010典型应用电路从图1中可以看出PTH05010所需的

6、外围器件很少，只需要三个器件即可工作，这就使得电路设计变得十分简单。其中输入输出分别有一个滤波电容，其标称值为最小推荐电容，也可再并联其他电容来进一步改善滤波效果，电阻是用来调节输出电压的，其计算公式如下。因为输出电压仅由这一个电阻决定，所以要想保持输出稳定可靠，此电阻最好为高精度电阻，而且应该有较好的温度稳定度，否则阻值随温度变化而变化就会造成输出电压不稳定，温度稳定度最好在100ppm/℃以上。图1中2引脚VIN为输入电压，一般为5V；3引脚Inhibit可以关闭输出电压，通常做悬空处理；5引脚VoSense可以与输出电压引脚VO

7、UT相连来补偿电源模块与负载间的压降，也可做悬空处理。8引脚Track可自动跟踪定序，输入上电20ms后该引脚有效，该引脚可保证不同模块在同一个驱动电压的作用下同时输出电压。该引脚可使输出电压随该引脚电压变化而变化，如果该引脚电压高于设定的输出电压，输出电压输出设定值。9引脚MarginDown和10引脚MarginUp，这两个引脚如果与地相连可分别使输出电压降低或升高5％，可用于微调输出电压，不用时可以悬空。TPS3808的典型应用电路如图2所示。图2 TPS3808典型应用电路在图2中，当TPS3808的SENSE引脚电压低于门限

8、电压或MR有效时，RESET引脚输出复位信号，CT引脚用来设定复位延迟时间，若悬空延迟时间为20ms，通过电阻连接至VDD则延迟时间为300ms，也可通过电容接地，根据电容值的不同可将延迟时间设定为   1.25ms～1