TPS5450数控DC-DC电源

开关稳压电源（E题）

摘 要

本系统以BUCK斩波电路为核心，以MSP430G2553单片机为主控制器,以TI电源管理芯片TPS5450为核心DC-DC芯片，根据反馈信号对PWM信号做出调整，进行硬件闭环控制，单片机通过DA控制反馈段，从而实现可调稳压输出。系统输出直流电压0V～20V 可调，可以通过键盘设定和步进调整，最大输出电流达到2A并实现2.2A过流保护，电压调整率和负载调整率小，DC-DC变换器的效率达到93.4%（10V 2A情况下测定）。能对输出电压输出电流和输出功率进行测量和显示。

1

方案论证

1.1 DC-DC主回路拓扑

方案一 采用单片机产生PWM波控制MOS的开关，AD采样进行反馈，形成软件闭环控制系统，通过调整占空比稳压和调节输出电压。

方案二 采用集成电源管理芯片，单片机控制DA经过电阻送至芯片反馈端，通过硬件欺骗的方法控制输出电压。

基于对电路结构和效率的考虑,我们选择方案二。

1.2系统总体框图

显示屏N5110按键单片机MSP430G2553DC-DC主回路AD采电压值

2

图1-1 系统总体框图

1.3 提高效率的方法及实现方案

1）

选择合适的开关电源控制芯片：集成开关电源芯片的MOS内阻对整机

的效率有较大的影响，TI公司的TPS5450内部导通电阻110mΩ,工作频率500KHz，有较高的转换效率，并且带有使能端，输入最大电压36V，持续最大输出电流5A，适合本设计要求。 2）

BUCK斩波电路中二极管的选取：本电路工作频率高，电压低，对二极

管的开关速度要求高，对反向耐压要求不高。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管正向压降更小、恢复时间更短；反向耐压也已经满足要求。故选择肖特基二极管。本设计要求输出电流2A，可选用最大持续电流3A的1N5822二极管。 3）

BUCK斩波电路中电感的选取：本设计电流较大，又由于开关频率较高，

普通绕线电感会产生较大EMI，对输出电压有较大的影响，会产生较大的纹波，因次选用TDK屏蔽式额定电流4A的电感，能有效减少EMI 的产生并能满足设计的电流需求。 4）

控制及保护电路：MCU选用超低功耗单片机MSP430G2553，其工作电

流仅280μA；显示用低功耗LCD；控制及保护电路的供电采取了降低功耗的措施； MCU需要的3.3V电压由开关电源芯片LM2596降至5V，再由AMS-1117降至3.3V以控制开关电源产生的噪声，以免单片机工作不稳定。

2 电路设计与参数计算

2.1 BUCK电路器件的选择及参数计算

3

2.1.1 肖特基二极管的选择

由于输出最大电压2A，最大输入电压25V，为留有裕量，选用耐压40V平均通过电流3A的1N5822,。

2.1.2 电感的参数计算

1） 电感值的计算：根据芯片手册的设计参考，

其中KIND是减少输出纹波而增大电感的补偿系数，推荐取0.1到0.3，为了是输出纹波更小，这里去0.1，计算得电感值L = 44uH，取47uH。

2.1.3 电容的参数计算

根据芯片手册的

其中，LOUT为输出电感，取47uF。fCO=500kHz,VOUT=20V时,CB=316μF。取CB=330μF，用多只低串联等效电阻（ESR）的电解电容并联，进一步减小ESR，以减小输出电压的纹波。再并联CBB电容以增加高频响应，减少毛刺。

2.2控制电路的设计与参数计算

MCU根据设定值给定DA值从而控制输出电压。根据硬件电路设计（图2-1），

4