基于TPS650250EVM的鋰離子供電系統(tǒng)電源管理方案

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電源管理是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。特別是對于以鋰離子電池供電且需要多電源軌的系統(tǒng)，一個高效、可靠的電源管理方案能顯著提升設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。今天，我們就來深入探討一下德州儀器（Texas Instruments）的TPS650250EVM電源管理評估工具。

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一、TPS650250EVM簡介

TPS650250EVM是一款集成式電源管理評估工具，專為使用單節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池供電且需要多電源軌的應(yīng)用而設(shè)計。其核心芯片TPS650250包含三個可調(diào)節(jié)的高效降壓轉(zhuǎn)換器、三個低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）以及額外的狀態(tài)和I/O引腳。

1. 應(yīng)用場景

• 智能/手機：為處理器、顯示屏、射頻模塊等提供穩(wěn)定的電源。
• 數(shù)碼相機：滿足圖像傳感器、處理器和存儲模塊的電源需求。
• 基于三星ARM的處理器：確保處理器的核心電壓、外設(shè)和內(nèi)存軌的穩(wěn)定供電。
• 飛思卡爾i.MX31處理器：為處理器提供合適的電源。
• 分離電源的DSP和uP解決方案：實現(xiàn)多電源軌的高效管理。

2. 特性

• 輸入電壓范圍：3.3V至5.5V，適應(yīng)多種電源輸入。
• 輸出可調(diào)節(jié)：所有輸出的DC - DC轉(zhuǎn)換器和LDO均可外部調(diào)節(jié)，提供了極大的靈活性。
• 默認輸出電壓：DCDC1和DCDC2有默認輸出電壓設(shè)置。
• 輸出電流額定值：DCDC1為1.6A，DCDC2和DCDC3為0.8A，LDO1和LDO2為0.2A，VDD_ALIVE為30mA。
• 開關(guān)頻率：2.25MHz，有助于減小外部元件的尺寸。
• 熱關(guān)斷保護：確保芯片在過熱時自動保護，提高可靠性。

二、電氣性能規(guī)格

1. 輸入特性

輸入電壓（VIN）范圍為3.3V至5.5V，輸入欠壓鎖定（VIN_UVLO）在VIN下降到2.35V時起作用。

2. 輸出特性

• DCDC1輸出電壓：在不同條件下可在2.7V和3.3V之間選擇，精度在PWM模式下為 - 1%至2%。
• DCDC2輸出電壓：可在1.8V和2.5V之間選擇，精度在PWM模式下為 - 1%至1%。
• DCDC3輸出電壓：固定為1.2V，精度在PWM模式下為 - 3%至3%。
• LDO1輸出電壓：2.5V，精度在Iout = 10mA時為 - 3%至5%。
• LDO2輸出電壓：1.4V，精度在Iout = 10mA時為 - 3%至5%。
• VDD_ALIVE輸出電壓：1.0V，精度在Iout = 0mA時為 - 3%至3%。

三、電路修改

1. DCDC3電壓縮放

DCDC3的輸出電壓可通過電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)R10和R11進行外部調(diào)節(jié)。工廠EVM配置中，R10 = 182k，R11 = 182k，輸出電壓為1.2V。通過修改R10和R11的值，可以改變輸出電壓。此外，EVM上有一個電壓縮放電路，由JP5、Q1、R7和R8組成，可使DCDC3的輸出電壓在兩個電壓之間切換，有助于降低應(yīng)用處理器在低功耗模式下的功耗。

2. 設(shè)計公式

[Rx=frac{(R 10 × V R E F)}{left(V_{OUTDCDC_2 }- VREF right)}] [R 8=frac{(R 11 × R x)}{(R 11-R x)}]

其中，R10為反饋驅(qū)動的上拉電阻，R11為反饋驅(qū)動的下拉電阻，Rx為R8和R11的并聯(lián)電阻，VOUTDCDC2為縮放電路激活時的輸出電壓，VREF為參考電壓。

四、連接器和測試點說明

1. 電源輸入連接器

• J1 - VIN：輸入電源的正連接，輸入電壓范圍為3.3V至6V，與J2（GND）配合使用，輸入引線應(yīng)盡量短且絞合。
• J2 - GND：輸入電源的返回連接。

2. LDO輸入連接器

• J3 - VINLDO/GND：為LDO1、LDO2和VDD_ALIVE提供輸入電源，可直接連接VIN或VDCDC1，使用外部電源時需移除R1和R2。

3. 輸出連接器

• J4 - VDCDC1：DCDC1降壓轉(zhuǎn)換器的正輸出，輸出電壓可通過JP8選擇3.3V或2.7V，也可通過外部電壓分壓器R12和R13調(diào)節(jié)，最大輸出電流為1600mA。
• J6 - VDCDC2：DCDC2降壓轉(zhuǎn)換器的正輸出，輸出電壓可通過JP9選擇2.5V或1.8V，也可通過外部電壓分壓器R14和R15調(diào)節(jié)，最大輸出電流為800mA。
• J8 - VDCDC3：DCDC3降壓轉(zhuǎn)換器的正輸出，默認輸出電壓為1.2V，最大輸出電流為800mA。
• J10 - VDLO1：LDO1線性穩(wěn)壓器的正輸出，默認輸出電壓為2.5V，最大輸出電流為200mA。
• J12 - VDLO2：LDO2線性穩(wěn)壓器的正輸出，默認輸出電壓為1.4V，最大輸出電流為200mA。
• J14 - VDD_ALIVE/GND：LDO3 VDD_ALIVE的正輸出，輸出電壓固定為1.0V，最大輸出電流為30mA。

4. 控制跳線

• JP1 - EN_DCDC1：控制DCDC1的啟用和禁用。
• JP2 - EN_DCDC2：控制DCDC2的啟用和禁用。
• JP3 - EN_DCDC3：控制DCDC3的啟用和禁用。
• JP4 - EN_LDO：控制LDO1和LDO2的啟用和禁用。
• JP6 - MODE：選擇DCDC1、DCDC2和DCDC3的工作模式（PWM或PSM）。
• JP7 - EN_VDD_ALIVE：控制VDD_ALIVE的啟用和禁用。
• JP8 - DEF1：選擇DCDC1的默認輸出電壓。
• JP9 - DEF2：選擇DCDC2的默認輸出電壓。

五、EVM組裝圖紙和布局

TPS650250EVM采用4層、1oz覆銅的電路板，尺寸為2.2”×3.3”。文檔中提供了EVM的頂部組裝圖、頂部絲印圖、頂部銅層圖、第2層（接地平面）圖、內(nèi)部第3層圖和底部層圖，方便工程師進行設(shè)計和調(diào)試。

六、物料清單

文檔中列出了EVM的物料清單，包括電容、電感、電阻、連接器、芯片等元件的型號、數(shù)量和制造商。需要注意的是，部分組件（如標記有星號的組件）不能替換，其他組件可使用等效的制造商組件。

七、總結(jié)

TPS650250EVM為鋰離子供電系統(tǒng)提供了一個全面的電源管理解決方案。其豐富的功能和可調(diào)節(jié)性使其適用于多種應(yīng)用場景。通過合理使用連接器、跳線和修改電路，工程師可以根據(jù)具體需求定制電源管理方案。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)應(yīng)用的要求仔細選擇和調(diào)整參數(shù)，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在使用類似電源管理方案時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。