TPS5120型雙輸出同步降壓DC-DC控制器
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摘要：TPS5120是美國TI公司研制的雙輸出同步降壓DC-DC控制器，它在輕載時可由PWM模式切換至SKIP模式以提高其轉換效率。文中介紹了TPS5120的主要性能和參數，給出了基于TPS5120控制器的雙路輸出DC-DC電源電路和主要設計方法。
本文引用地址：http://www.j9360.com/article/233527.htm關鍵詞：同步降壓 DC-DC控制器 TPS5120
1 引言
TPS5120是一款新穎的雙輸出高效率同步降壓DC-DC控制器，在輕負載時，它可由PWM模式切換至SKIP模式，其目的是降低運行工作頻率、縮小低端MOSFET的導通時間，以提高輕負載條件下的轉換效率。TPS5120的在片1.5A驅動電路可直接驅動低成本N溝道MOSFET；其內部無檢流電阻的過流保護電路和恒定高端MOSFET驅動電壓源可大大簡化DC-DC電源設計。TPS5120的兩路輸出是相互獨立的，它們的相位差是180°，這樣既可減少輸入電流紋波，還可降低對輸入電源容量的要求；它們的軟啟動時間常數以及電壓/電流保護均可分別設定，因此應用極其靈活方便。
2 外型封裝與引腳功能
TPS5120采用30腳TSSOP封裝，其引腳排列如圖1所示，各引腳功能見表1所列。
表1 引腳功能、符號、輸入/輸出類型
| 符 號 | 引 腳 | I/O類型 | 功 能 說 明 |
| CT | 5 | I/O | 三角波發生器外接電容端 |
| FB1/2 | 2/14 | 0 | 通路1/2誤差放大器反饋端 |
| GND | 7 | 控制信號接地端 | |
| INV1/2 | 1/15 | I | 通路1/2誤差放大器反相輸入端 |
| LH1/2 | 30/16 | I/O | 通路1/2高端柵驅動自舉電容上端 |
| LL1/2 | 28/18 | I/O | 通路1/2高端柵驅動自舉電容下端 |
| OUT1/2-d | 27/19 | O | 通路1/2低端柵驅動輸出端 |
| OUT GND1/2 | 26/20 | 通路1/2MOSFET驅動電容接地端 | |
| POWERGOOD | 12 | O | “電源好”輸出端 |
| PWM/SKIP | 4 | I | PWM/SKIP模式換端 |
| REF | 8 | O | 0.85V參考電壓源 |
| REG 5V-IN | 21 | I | 外接5V輸入端 |
| FLT | 11 | I/O | 故障鎖定計時器外接電容端 |
| SOFSTART 1/2 | 3/13 | I/O | 通路1/2軟啟動電路外接電容端 |
| STBY 1/2 | 9/10 | I | 通路1/2待機控制端 |
| VCC | 24 | 電源輸入端 | |
| TRIP 1/2 | 25/23 | I | 通路1/2輸出電流控制電路外接電阻端 |
| VREF5 | 22 | O | 5V內部調壓器輸出端 |
| 5V-STBY | 6 | I | 5V內部調壓器控制端 |
| OUT1/2-u | 29/17 | O | 通路1/2高端柵驅動輸出端 |
3 TPS5120的內部電路
TPS5120內部主要由參考電壓源、PWM電路、誤差放大器、輸出驅動電路、電壓保護、電流保護和軟啟動等電路組成。
電壓保護具有欠壓/過壓保護功能；電流保護則提供短路和限流保護功能；當超過所設定的保護門限時，器件將立刻關斷輸出驅動電路，以避免外接功率MOSFET燒壞。
TPS5120的輸出狀態可由相關引腳XTBY1、STBY2和5V-STBY2來分別設定，其對應關系如表2所列。
表2 TPS5120通路1/2輸出狀態的選擇表
| 5V-STBY | STBY1 | STBY2 | 通路1 | 通路2 | 5V調壓器 | POWERGOOD |
| L | L | L | D | D | D | D |
| L | L | H | D | E | E | A |
| L | H | L | E | D | E | A |
| L | H | H | E | E | E | A |
| H | L | L | D | D | E | L |
| H | L | H | F | E | E | A |
| H | H | L | E | D | E | A |
| H | H | H | E | E | E | A |
表中的A表示軟啟動期間為高電平，D表示禁止，E表示使能，H和L分別表示高電平和低電平。
4 主要性能參數
TPS5120的極限參數如下：
●輸入電源電壓VCC為-0.3～30.V；
●輸入電壓：STBY1、STBY2、5V～STBY為-0.3～30V；INV1、INV2、CT、PWM/SKIP、REG5V-IN為-0.3～7V；SOFTSTART1、SOFTSTART2、FLT、POWERGOOD為-0.3V～30V；TRIP1、TRIP2為-0.3～30V。
●輸出電壓：LL1、LL2為-0.3～30V；OUT1-u、OUT2-u、LH1、LH2為-0.3～35V；OUT1-d、OUT2-d、FB1、FB2為0.3～7V；REF-0.3～3V；
●功耗PD(TA≤25℃)：874mW；
●工作溫度范圍TA：-20℃～+85℃；
●存貯溫度范圍Tstg：-55℃～+150℃；
●轉換效率（最大值）：95%；
為了使TPS5120能夠安全可靠地工作，下面給出推薦的工作條件：
●輸入電源電壓：VCC為4.5～28V；
●輸入電壓：REG5V-IN、POWERGOOD通常在為-0.1～5.5V；INV1、INV2、CT、PWM/SKIP、SOFTSTART1、SOFTSTART2小于6V；STBY1、STBY2、5V～STBY小于28V；OUT1-u、OUT2-u、LH1、LH2小于33V；TRIP1、TRIP2為-0.1～28V；
●振蕩器工作頻率：fosc為300～500kHz；
●工作溫度范圍TA：-20℃～+85℃。
5 典型應用電路及設計要點
用TPS5120構成的雙輸出DC-DC電源電路如圖2所示，選擇合適的外圍元器件的參數即可實現所需的輸出電壓/電流等要求。
5.1 輸出電壓的設置
TPS5120可通過參考電壓和分壓器的參數來設置輸出電壓V0，公式如下：
V0=（R1Vref/R2）Vref
式中：R1=R101A+R101B或R201A+R201B
R2=R103或R203
它們分別為分壓器的上端和下端電阻，Vref為內部參考電源電壓（其值為0.85V）。
一般在設定輸出電壓時，先給定R1，再算出R2的值，圖2中的R101A和R201A為粗調電阻，R101B和R201B為精調電阻。
5.2 輸出電流紋波Iripple
輸出電流紋波對開關電源的轉換效率和輸出電壓紋波都有一定的影響，因此，在設計時應加以抑制，其大小為：
Iripple=[V1-V0-I0(rDS+RL)]DTs/Lout
式中：rDS為MOSFET的導通電阻；RL為負載電阻；D為驅動脈沖信號的占空比；Ts為MOSFET的關斷時間。
工程上輸出電流紋波Iripple主要通過選擇輸出電感Lout來加以抑制。上式計算出的輸出電流紋為峰峰值。
TPS5120每路輸出電流的限定值是通過內部的電流源和外接的限流電阻RCI（R107和R207）來確定的，在某些不需要過壓/欠壓保護的場合，可將FLT端直接接地；另外，再拆掉限流電阻R107、R207及電容C105、C205即可取消限流保護功能。
5.4 布線要點
設計與布線是保證DC-DC電源能夠具有優異性能的兩個重要方面，因此不可厚此薄彼。對一個輸出電流從數毫安至幾百毫安的電源而言，布線是一項極其重要的工作，一般程序是從開關端至輸出端，然后再回到驅動電路部分，最后是低電平級的電路。而對于應用TPS5210構成的DC-DC電源來說，模擬地與驅動地應先各自匯聚后連在一起，且連接布線應盡呆能寬一些、短一些，以減少共模阻抗所帶來的共模干擾。可能的話，可在TPS5120芯片的正下方區域接模擬地，這對干擾信號有一定的屏蔽作用。需要說明的是：TPS5210的輸入和輸出是“非隔離的”。
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