原创 【TI博客大赛】基于TPS5430的便携式B超电源设计(下)

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低压电源电路的设计

便携B超低压电源电路如图4所示，主要有6个TI公司的TPS5430和1个美国国家半导体公司的LM2576组成。6个TPS5430提供2 组+12V、+5V、+3.3V的电压，其中一组给便携B超机的主控板供电，另外一组用于给便携B超中的电脑供电。这两组是完全一样的，因此，我们只给出了其中一组的供电原理图。LM2576负责产生-12V电压给便携B超中的电脑。

图4 低压电源电路

TPS5430有5.5～36V的宽电压输入范围，连续的3A的电流输出能力（峰值达4A），转换效率达95%。8引脚小型贴片封装，芯片背部是金属散热片，使用的时候一定要焊接到地，做PCB封装的时候将散热片当成第9脚。不需要再接散热装置，利用电路板本身散热就可以取得很好的效果，特别适合便携产品的设计使用。TPS5430的1脚是BOOT端，需要在BOOT和8脚PH间接0.01μF的低ESR电容。2、3脚是空端，4脚VSENSE是调整器的反馈电压端，接输出电压的分压电阻端，来取得输出电压的反馈。5脚ENA是电源ON/OFF控制端，当此脚电压低于0.5V以下时，本芯片将关闭电源转换，供电电流减少到18μA，悬空的时候使能，芯片正常工作，我们没有对此脚控制，因此悬空没接。6脚接地，7脚VIN是电源供电端，接POWER+。在电源供电和地间接一个高质量、低ESR的陶瓷电容。8脚PH是内部功率场效应管的源极，外部连接续流二极管和电感。第9脚PowerPad端是芯片背部散热金属片，必须连接到地（GND）上。

TPS5430的输出电压值是由其4脚的分压电压值决定的，输出电压Vout=（1.221+ （R1×1.221）/R2）V。其中，R1是分压上电阻，R2是分压下电阻。对于TPS5430的设计，R1可以取10kΩ，R2则能根据要获得的输出电压来计算。根据图4给出的R206(1.11K)、R208(3.07K)、R210(5.36K)，我们可以计算出输出电压分别是12.2V、 5.2V、3.5V，比设计值略高0.2V，负载比较重，带载的时候电压正好合适。

N208(LM2576-12)是美国国家半导体的产品，1脚是电源供电端，接POWER+；2脚是输出端，外接续流二极管和电感；3脚是接地端，5脚是电源ON/OFF控制端，由于要输出负电压，因此3、5脚没有接地而是接-12V电源上了；4脚是电压反馈端，我们使用固定12V输出的LM2576-12，故4脚接地，不需要接反馈电阻分压。

高压电源电路的设计

便携B超高压电源电路如图5所示，使用DC/DC变换器。UA3843是专门用于DC/DC变换器应用的高性能、固定频率、电流模式控制器，为设计者提供使用最少外部元件的高性价比的解决方案。其分PWM控制、周波电流限制、电压控制等几部分。

图5 ±48V电源电路

1 PWM控制

POWER+ 经过电阻R34为N1(UA3843)的7脚提供电压，N1的4脚外接R36、C33与内部电路形成的锯齿波振荡器开始工作。PWM脉冲由N1的6脚输出，控制MOSFET V9的导通时间，决定输出电压的高低。R37用于抑制寄生振荡，通常串联在靠近MOSFET栅极处。栅极电阻R37不能太大，它直接影响PWM驱动信号对 MOSFET输入电容的充放电，即影响MOSFET的开关速度。开关变压器的次级第9、10脚输出的感应电动势经VD14整流，C35、L7、C36滤波，形成+48V直流输出电压为B超探头供电。开关变压器的次级第7、6脚输出的感应电动势经VD13整流、C39、L8、C37滤波，形成-48V直流输出电压为B超探头供电。VD12、C34、R38组成尖峰脉冲吸收电路，用于在开关管从导通转为截止的瞬间抑制V9的漏极所产生的幅值极高的尖峰脉冲。其原理是：在V9截止的瞬间，其漏极产生的尖峰脉冲经VD12、C34构成充电回路，充电电流将尖峰脉冲抑制在一定的范围内，避免了V9被尖峰脉冲击穿。当C34充电结束后，C34通过R38放电，为下个周期再次吸收尖峰脉冲作准备

2 周波电流限制

2脚FEED BACK是反馈电压输入端，此脚与内部误差放大器同相输入端的基准电压(一般为+2.5V)进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度，本电路将其接地，由内部误差放大器的输出端1脚进行控制。3脚的周波电流限制信号决定了PWM脉冲的宽度，即决定了输出电压的高低。N1(UA3843)3脚外接的R47、 R48、R14、C32组成周波电流限制电路，在每一个振荡周期中，当开关电源脉冲变压器L6初级的3～5绕组电感电流峰值达到设定值时就关闭PWM脉冲，设定值由N1(UA3843)的1脚COMP端电压决定（1脚COMP是内部误差放大器的输出端），通常此脚与2脚之间接有反馈网络，以确定误差放大器的增益和频响。周波电流限制控制过程如下：开关管导通，电感电流上升，取样电压V3上升，当3脚电压大于1V时，内部电流检测比较器翻转，内部PWM锁存器复位，关闭PWM脉冲，准备进入下周期。为消除电流限制电路尖波脉冲干扰，由R14、C32组成尖波滤波电路，以确保周波电流限制功能在每一个振荡周期中都有效。R47、R48为限流取样电阻，决定了整个开关变换器的最大输出电流值，改变其阻值可以调整最大输出电流。

3 电压控制

N1(UA3843) 是电流型脉宽调制器，有两个闭环控制。电流取样信号送到电流检测比较器同相输入端3脚，构成电流闭环控制,误差电压送到内部误差放大器的输出端1脚，其输出送到电流检测比较器反相输入端作为比较基准，构成电压闭环控制。由此看出，电压闭环与电流闭环是相互作用的，两者最后都通过电流检测比较器来控制PWM 锁存器，即控制PWM脉冲的宽度。电压闭环控制电路由电压基准N2(TL431A)、光电耦合器B4(TLP521)及电阻R31、VR7、R12、R32等元件组成。光电耦合器B4(TLP521)输出的电流信号转化成电压信号，送到内部误差放大器的输出端1脚。N2(TL431A)误差放大器内部比较基准为2.5V。电压闭环稳压控制过程是：输出电压上升，TL431A基准端VR上升，TL431导通上升，光电耦合器B4(TLP521)导通上升，1脚电压下降，内部电流检测比较器翻转提前，内部PWM锁存器复位提前，PWM脉冲变窄，输出电压变低，从而稳定了输出电压。高压输出电压值VOUT=(1+R31/(R12+VR7))Vref，通过调节电位器VR7的值，可以使输出调整在±48V，调节范围是31×2.5=77.5V～（1+15）×2.5=32V。

结语

本文介绍了便携式B超电源的设计，包括电源切换电路的设计、单键触摸开关机电路的设计、低压电源电路的设计及高压电源电路的设计。在我们的便携设备中很好的完成了设计指标的要求，可以应用到其他便携设备中。