宽范围输入开关电源芯片TPS54160的应用设计

[摘 要] 本文介绍了以TPS54160芯片为核心的宽范围输入开关电源设计，并设计了输出5V的电源电路，详细分析了电路中的器件选型及参数设计。

[关键词]TPS54160；开关电源

中图分类号：TV674 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）36-0395-011 引言

开关电源控制芯片TPS54160由TI公司出品，具有体积小、功耗低、效率高、保护完善、性能稳定等优点，内部集成高效场效应MOSFET，能显著降低功耗，并在轻载时也能高效运行。

2 电路图

本文基于TPS54160芯片设计了一种开关电源电路，用于由蓄电池组供电的系统中，输入电压22～60VDC，输出电压为5VDC，输出电流500mA，电路如图1所示。

3 元器件选择

在以TPS54160芯片为核心设计电源电路时，元件的选择尤为重要，具体的选择如下：

3.1 欠压锁定电阻R1、R2的选择

TPS54160芯片具有使能和调整欠压锁定功能，参考电路如图2所示：

本设计中，当输入电压低于21.6V时，电源停止工作；为确保电源在启动和关断时工作的稳定性，设定输入电压恢复23V后芯片才开始工作。

经计算，R1为482kΩ，选择一个487kΩ、1%精度的电阻，R2为25.9 kΩ，选择一个26.1kΩ、1%精度的电阻。

3.2 开关频率电阻R3的选择

该电源其开关频率按照500kHz设计，按照TPS54160芯片的计算频率公式：

可计算出R3的电阻值为237 kΩ，选择244 kΩ、1%精度的电阻。

3.3 反馈电阻R5、R6的选择

VSENSE是TPS54160内部比较器的输入端，比较器的参考电压为0.8VDC，为了提高轻负载时的效率，反馈电阻一般使用较大阻值的电阻，但过高的阻值将使内部调制器更易受到噪声和输出电压波动的影响。因此，TPS54160推荐R6选取一个10 3.4 输入电容C2的选择

一般电源设计时，要求在输入掉电后电源还能短暂的维持输出。由技术手册可知，TPS54160的输入电压范围为3.5～60VDC，推荐的最小输入电压为6VDC。

本设计中，TPS54160芯片工作在500kHz，直流输入电压Vin=21.6VDC，输出电流Iout=500mA时，可查得其工作效率f约为87%。由能量转换守恒公式：

3.5 输出电感L1的选择

输出电感的选择尤为重要，与电源的最大输入电压、输出电压、输出电流及开关频率有关。

在此设计中，TPS54160芯片工作在500kHz的开关频率，最大直流输入电压Vinmax=60VDC，输出电流Iout=500mA，可由下式计算输出电感值：

其中是一个系数，它是输出纹波电流和最大输出电流的关系比值，通常情况下，如果选取瓷片电容作为输出电容，其值取0.3，如果选取电解电容作为输出电容，其值取0.2。

经过计算可求得：L1≈103.4uH，因此选取一个100uH的电感作为输出电感。

3.6 输出电容C8的选择

输出电容的选择尤为重要，因为输出电容将决定输出电压的纹波大小，以及负载电流变化的效应能力，其与电源的开关频率fsw、输出电压瞬态响应值ΔVout（TPS54160取其值为输出电压的4%）、电流变化ΔIout大小有关。

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转换时储存的能量，使得多余的能量能够得到存储，同时并能在当负载从低向高转换时提供能量以保持输出电压的稳定性，所以，其容值的大小与输出电感L1、最大负载电压Vh和最大电流Ih、最小负载电压V1和最小电流I1有关。

输出电容的选择必须满足式（7）、式（8）的最大值，经式（7）计算Cout>32.4uF，经式（8）计算Cout>41.5uF，考虑到本设计中输出电容的ESR值尽量小，因此选取了47uF的套餐电容作为电源的输出电容。

3.7 续流二极管的选择

续流二极管的选择需满足以下条件：①其反向电压要大于或等于最大直流输入电压Vinmax；②额定峰值电流必须大于输出电感的最大电流；③正向压降越小越好，一般肖特基二极管的正向压降较低。

在本设计中，选择肖特基二极管的型号为：SS110，其反向电压为100V，额定峰值电流为30A，当i=1.0A时，正向压降为0.5V。

4 结束语

本文主要是针对多电平自动识别充电控制器而设计的开关电源，整个电源系统结构简单、功耗小、效率高、输入电压宽、输出电压稳定。在实际应用中，该电源系统性能稳定、反应灵敏、调压精度高，十分可靠。

参考文献

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