CN202906737U - 一种开关式数字信号处理器供电电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种开关式数字信号处理器供电电源，包括输入滤波电路、DC-DC转换器、输出滤波电路、欠压保护电路、反馈电路和补偿电路，所述DC-DC转换器的输入端通过所述输入滤波电路与外部供电电源相连，所述DC-DC转换器的输出端通过所述输出滤波电路与负载相连，所述欠压保护电路、所述反馈电路和所述补偿电路与所述DC-DC转换器相连，所述DC-DC转换器由TPS54160芯片构成。本实用新型采用低功耗且集成度高的TPS54160芯片，以及适宜的外围电路结构，达到了开关式数字信号处理器供电电源的性能要求，具有使能和调整欠压锁定功能，输出电源纹波小，性能稳定；功耗低，转换效率高；集成度高，节省空间。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流电源电路，特别是一种开关式数字信号处理器供电电源。
背景技术
电源电路是指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路，常用的数字信号处理器均为直流稳压电源供电。根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低；发热量大尤其是大功率电源，间接地给系统增加热噪声。但是在许多应用中，尤其涉及到需要高集成度、低功耗等场合，开关式稳压电源的优点就能更多体现出来：由于没有工频变压器，所以体积和重量只有线性电源的20～30%，由于功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管上的功耗小，转化效率高，一般为60～70%，而线性电源只有30～40%。
实用新型内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种转换效率高、低功耗、高集成度的开关式数字信号处理器供电电源。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种开关式数字信号处理器供电电源，包括输入滤波电路、DC-DC转换器、输出滤波电路、欠压保护电路、反馈电路和补偿电路，所述DC-DC转换器的输入端通过所述输入滤波电路与外部供电电源相连，所述DC-DC转换器的输出端通过所述输出滤波电路与负载相连，所述欠压保护电路、所述反馈电路和所述补偿电路与所述DC-DC转换器相连，所述DC-DC转换器由TPS54160芯片构成，所述输入滤波电路与所述TPS54160芯片的VIN脚相连，所述输出滤波电路与所述TPS54160芯片的PH脚相连，所述欠压保护电路与所述TPS54160芯片的EN脚相连，所述反馈电路与所述TPS54160芯片的VSENSE脚相连，所述补偿电路与所述TPS54160芯片的COMP脚相连。
所述输入滤波电路包括第二电容C2，所述第二电容C2的正极分别与所述TPS54160芯片的VIN脚和电源正极相连，所述第二电容C2的负极与电源负极相连。
所述输出滤波电路包括电感L1、第三电容C3和二极管D1，所述电感L1的一端分别与所述TPS54160芯片的PH脚和所述二极管D1的负极相连，所述电感L1的另一端分别与所述第三电容C3的正极以及负载正极相连，所述第三电容C3的负极以及所述二极管D1的正极均接地。
所述欠压保护电路包括由第一电阻R1和第四电阻R4串接而成的分压电路，所述第一电阻R1的一端与所述TPS54160芯片的VIN脚相连，所述第一电阻R1的另一端分别与所述第四电阻R4的一端以及所述TPS54160芯片的EN脚相连，所述第四电阻R4的另一端与地相连。
所述反馈电路包括由第二电阻R2和第六电阻R6串接而成的分压电路，所述第二电阻R2的一端与负载正极相连，所述第二电阻R2的另一端分别与所述第六电阻R6的一端以及所述TPS54160芯片的VSENSE脚相连，所述第六电阻R6的另一端与地相连。
所述补偿电路包括第三电阻R3、第四电容C4和第六电容C6，所述第三电阻R3与所述第四电容C4串接后与所述第六电容C6并接，所述第三电阻R3与第六电容C6的连接点与所述TPS54160芯片的COMP脚相连，所述第四电容C4与所述第六电容C6的连接点接地。
所述TPS54160芯片的SSR/TR脚与地之间接有第五电容C5。
所述TPS54160芯片的RT/CLK脚与地之间接有第五电阻R5。
本实用新型具有的优点和积极效果是：TPS54160DC-DC转换芯片具有集成FET，可显著降低能耗，提高负载效率。与其它具有宽泛输入的同类竞争电压解决方案相比，该宽泛输入转换器可将板级空间节省多达25%，并简化设计工艺。TPS54160异步降压的输入电压范围介于3.5V至65V之间，可针对输入瞬态应用为设计人员提供高灵活性。该转换器通过利用TI创新型Eco-mode轻负载效率开关技术，可实现116uA的低工作电流以及1.3uA关断电流，从而可延长系统运行时间，并提高电源系统设计效率。此外，该转换器还具有介于300kHz至2.5MHz之间的高转换频率范围，可缩减输出电感器的尺寸，从而可节省板级空间。TPS54160频率返送与热关断特性使转换器在过载条件下实现自我保护。本实用新型采用低功耗且集成度高的TPS54160型DC-DC转换芯片，以及适宜的外围电路结构，达到了开关式数字信号处理器供电电源的性能要求，具有使能和调整欠压锁定功能，输出电源纹波小，性能稳定；功耗低，转换效率高；集成度高，节省空间。
附图说明
图1为本实用新型的电气原理图；
图2为TPS54160欠压和锁定功能原理示意图。
图中：L1、电感；D1、二极管；R1-R6、第一至第六电阻；C1-C6、第一至第六电容。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1和图2，一种开关式数字信号处理器供电电源，包括输入滤波电路、DC-DC转换器、输出滤波电路、欠压保护电路、反馈电路和补偿电路，所述DC-DC转换器的输入端通过所述输入滤波电路与外部供电电源相连，所述DC-DC转换器的输出端通过所述输出滤波电路与负载相连，所述欠压保护电路、所述反馈电路和所述补偿电路与所述DC-DC转换器相连，所述DC-DC转换器由TPS54160芯片构成，所述输入滤波电路与所述TPS54160芯片的VIN脚相连，所述输出滤波电路与所述TPS54160芯片的PH脚相连，所述欠压保护电路与所述TPS54160芯片的EN脚相连，所述反馈电路与所述TPS54160芯片的VSENSE脚相连，所述补偿电路与所述TPS54160芯片的COMP脚相连。
所述输入滤波电路可包括第二电容C2，所述第二电容C2的正极分别与所述TPS54160芯片的VIN脚和电源正极相连，所述第二电容C2的负极与电源负极相连。
所述输出滤波电路可包括电感L1、第三电容C3和二极管D1，所述电感L1的一端分别与所述TPS54160芯片的PH脚和所述二极管D1的负极相连，所述电感L1的另一端分别与所述第三电容C3的正极以及负载正极相连，所述第三电容C3的负极以及所述二极管D1的正极均接地。
所述欠压保护电路可包括由第一电阻R1和第四电阻R4串接而成的分压电路，所述第一电阻R1的一端与所述TPS54160芯片的VIN脚相连，所述第一电阻R1的另一端分别与所述第四电阻R4的一端以及所述TPS54160芯片的EN脚相连，所述第四电阻R4的另一端与地相连。
所述反馈电路可包括由第二电阻R2和第六电阻R6串接而成的分压电路，所述第二电阻R2的一端与负载正极相连，所述第二电阻R2的另一端分别与所述第六电阻R6的一端以及所述TPS54160芯片的VSENSE脚相连，所述第六电阻R6的另一端与地相连。
所述补偿电路可包括第三电阻R3、第四电容C4和第六电容C6，所述第三电阻R3与所述第四电容C4串接后与所述第六电容C6并接，所述第三电阻R3与第六电容C6的连接点与所述TPS54160芯片的COMP脚相连，所述第四电容C4与所述第六电容C6的连接点接地。
所述TPS54160芯片的SSR/TR脚与地之间可接有第五电容C5。
所述TPS54160芯片的RT/CLK脚与地之间可接有第五电阻R5。
所述DC-DC转换芯片可选TPS54160型DC-DC转换芯片，TPS54160型DC-DC转换芯片具有集成FET，可显著降低能耗，提高负载效率。与其它具有宽泛输入的同类竞争电压解决方案相比，该宽泛输入转换器可将板级空间节省多达25%，并简化设计工艺。TPS54160异步降压的输入电压范围介于3.5V至65V之间，可针对输入瞬态应用为设计人员提供高灵活性。该转换器通过利用TI创新型Eco-mode轻负载效率开关技术，可实现116uA的低工作电流以及1.3uA关断电流，从而可延长系统运行时间，并提高电源系统设计效率。此外，该转换器还具有介于300kHz至2.5MHz之间的高转换频率范围，可缩减输出电感器的尺寸，从而可节省板级空间。TPS54160频率返送与热关断特性使转换器在过载条件下实现自我保护。
所述续流二极管D1可选MBRS1100T3型二极管，续流二极管的选择需满足以下几个条件：其反向电压要等于或大于最大输入电压；额定峰值电流必须大于电感的最大电流；该二极管的正向压降越小越好。通常肖特基二极管具有较低的正向压降，故其为该续流二极管的理想选择。为满足设计要求，选择肖特基二极管型号为MBRS1100T3，其反向电压为100V，额定峰值电流为50A，当电流为1A时，正向压降为0.75V。
TPS54160芯片具有使能和调整欠压锁定功能，当输入电压过低时，为确保电源在启动和关断时工作的稳定性，可以设定当输入电压上升达到某一期望值后才开启开关芯片，同样，在关闭时，可以设定电压降到某一期望值时就停止开关芯片的工作。如附图2所示，TPS54160的EN引脚在内部有一个0.9μA的内部上拉电流源，如果EN脚上外部加有分压电阻R1、R4，且一旦输入电压高于1.25V DC，则就会额外增加一个2.9μA的滞后电流，这个额外的电流将会利于输入电压的滞后。在本实用新型中，考虑的输入电压的状况，可选取开启电压4.5V，停止电压3.5V，经计算，所述第一电阻R1阻值可选350KΩ精度0.1%的电阻，所述第四电阻R4阻值可选120KΩ精度0.1%的电阻，
VSENSE是TPS54160内部一个比较器的输入端，比较器的参考电压为0.8V DC。为了提高轻负载时的效率，反馈电阻使用较大阻值的电阻，但是如果电阻值过高，电路内部更容易受到噪声和输出电压波动的影响，因此本实用新型中第六电阻R6可选取一个10KΩ，0.1%精度的电阻基准，然后由下列等式计算出分压电阻第二电阻R2的值。第二电阻R2的阻值=第六电阻R6的阻值×Vout-0.8/0.8,经过计算第二电阻R2的阻值=32KΩ，因此选取一个31.6KΩ、0.1%精度的电阻。
第三电容C3为输出电容，其选择尤为重要，因为输出电容将决定输出电源纹波的大小，以及负载电流变化的响应能力，其与电源的开关频率，电流变化大小等有关。另外输出电容还必须能够调整及吸收电感从高负载向低负载电流转换时储存的能量，使得多余的能量能够得到存储，同时能在负载从低向高转换时提供能量以保持输出电压的稳定性，经计算需选择一个容值大于10μF的电容，考虑到在该电源电路中，输出电容的ESR应尽量的小，因此可选取一个100μF/10V的钽电容作为电源的输出电容。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种开关式数字信号处理器供电电源，其特征在于，包括输入滤波电路、DC-DC转换器、输出滤波电路、欠压保护电路、反馈电路和补偿电路，所述DC-DC转换器的输入端通过所述输入滤波电路与外部供电电源相连，所述DC-DC转换器的输出端通过所述输出滤波电路与负载相连，所述欠压保护电路、所述反馈电路和所述补偿电路与所述DC-DC转换器相连，所述DC-DC转换器由TPS54160芯片构成，所述输入滤波电路与所述TPS54160芯片的VIN脚相连，所述输出滤波电路与所述TPS54160芯片的PH脚相连，所述欠压保护电路与所述TPS54160芯片的EN脚相连，所述反馈电路与所述TPS54160芯片的VSENSE脚相连，所述补偿电路与所述TPS54160芯片的COMP脚相连。
2.根据权利要求1所述的开关式数字信号处理器供电电源，其特征在于，所述输入滤波电路包括第二电容（C2），所述第二电容（C2）的正极分别与所述TPS54160芯片的VIN脚和电源正极相连，所述第二电容（C2）的负极与电源负极相连。
3.根据权利要求1所述的开关式数字信号处理器供电电源，其特征在于，所述输出滤波电路包括电感（L1）、第三电容（C3）和二极管（D1），所述电感（L1）的一端分别与所述TPS54160芯片的PH脚和所述二极管（D1）的负极相连，所述电感（L1）的另一端分别与所述第三电容（C3）的正极以及负载正极相连，所述第三电容（C3）的负极以及所述二极管（D1）的正极均接地。
4.根据权利要求1所述的开关式数字信号处理器供电电源，其特征在于，所述欠压保护电路包括由第一电阻(R1)和第四电阻(R4)串接而成的分压电路，所述第一电阻(R1)的一端与所述TPS54160芯片的VIN脚相连，所述第一电阻(R1)的另一端分别与所述第四电阻(R4)的一端以及所述TPS54160芯片的EN脚相连，所述第四电阻(R4)的另一端与地相连。
5.根据权利要求1所述的开关式数字信号处理器供电电源，其特征在于，所述反馈电路包括由第二电阻(R2)和第六电阻(R6)串接而成的分压电路，所述第二电阻(R2)的一端与负载正极相连，所述第二电阻(R2)的另一端分别与所述第六电阻(R6)的一端以及所述TPS54160芯片的VSENSE脚相连，所述第六电阻(R6)的另一端与地相连。
6.根据权利要求1所述的开关式数字信号处理器供电电源，其特征在于，所述补偿电路包括第三电阻（R3）、第四电容（C4）和第六电容（C6），所述第三电阻（R3）与所述第四电容（C4）串接后与所述第六电容（C6）并接，所述第三电阻（R3）与第六电容（C6）的连接点与所述TPS54160芯片的COMP脚相连，所述第四电容（C4）与所述第六电容（C6）的连接点接地。
7.根据权利要求1所述的开关式数字信号处理器供电电源，其特征在于，所述TPS54160芯片的SSR/TR脚与地之间接有第五电容（C5）。
8.根据权利要求1所述的开关式数字信号处理器供电电源，其特征在于，所述TPS54160芯片的RT/CLK脚与地之间接有第五电阻（R5）。
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