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基于PTH05010的低电压大电流电源解决方案

导读: 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。

  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 TI提供的Altera的StraixⅡ系列FPGA内核I/O电源

 

  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,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, 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: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

 

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