基于XILINXPWR - 083的DC/DC轉(zhuǎn)換器電源管理解決方案

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理解決方案對(duì)于FPGA等設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。今天要介紹的是基于XILINXPWR - 083（HPA - 083）的SWIFT?（TPS54xxx系列）DC/DC轉(zhuǎn)換器電源管理解決方案，它能為Spartan? - 3 FPGA提供穩(wěn)定的電源支持。

文件下載：XILINXPWR-083.pdf

方案概述

該方案能夠在 (V{IN}=5V) 的輸入電壓下，提供 (I{CCINT}=1.5A) 的電流，適用于Spartan? - 3 FPGA。它具有諸多顯著特點(diǎn)，為電子工程師在電源設(shè)計(jì)方面提供了很大的便利。

方案特點(diǎn)

高效節(jié)能

該方案具有較高的效率，能有效減少熱量產(chǎn)生。在電子設(shè)備中，熱量的產(chǎn)生不僅會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定性，還可能降低設(shè)備的使用壽命。因此，高效節(jié)能的設(shè)計(jì)對(duì)于提高設(shè)備的可靠性至關(guān)重要。

靈活負(fù)載支持

可以通過互換SWIFT?設(shè)備來(lái)支持1.5A到3A的負(fù)載電流。其中，1.5A（TPS54110）和3A（TPS54310）的同步SWIFT設(shè)備引腳兼容。這意味著工程師在設(shè)計(jì)過程中可以根據(jù)實(shí)際負(fù)載需求靈活選擇合適的設(shè)備，而無(wú)需對(duì)電路板進(jìn)行大規(guī)模的改動(dòng)。

元件選擇靈活性

使用TPS54x10可調(diào)設(shè)備，允許使用最小的電感器和/或特定類型的輸出電容器。同時(shí)，還能根據(jù)與FPGA一起使用的旁路/去耦電容器，靈活地進(jìn)行重新補(bǔ)償。這使得工程師在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)能夠根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求，選擇最合適的元件，從而優(yōu)化電源性能。

減小浪涌電流

通過使用可選的集成軟啟動(dòng)功能，配置一個(gè)電容器為 (VCCINT) 和 (Vcco) 提供10ms的上升時(shí)間，有效減小了浪涌電流。浪涌電流在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)可能會(huì)對(duì)輸入電源造成較大的沖擊，影響電源的穩(wěn)定性。通過減小浪涌電流，可以保護(hù)輸入電源，提高設(shè)備的可靠性。此外，還可以使用PWRGD和ENABLE對(duì) (VccINr)、(VccAux) 和 (VCCO) 進(jìn)行排序，進(jìn)一步優(yōu)化電源啟動(dòng)過程。

消除外部監(jiān)控需求

SWIFT?設(shè)備具有較高的欠壓鎖定（UVLO）跳變點(diǎn)和集成軟啟動(dòng)功能，無(wú)需外部電源電壓監(jiān)控器（SVS）來(lái)監(jiān)控輸入導(dǎo)軌。這不僅簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，還降低了成本。

滿足啟動(dòng)要求

該設(shè)計(jì)滿足Xilinx的 (V{CCINT}) 和 (V{CCO}) 啟動(dòng)配置文件要求，包括單調(diào)電壓斜坡、浪涌電流和電源電壓斜坡時(shí)間要求。這確保了FPGA能夠穩(wěn)定、可靠地啟動(dòng)，避免了因電源啟動(dòng)問題導(dǎo)致的設(shè)備故障。

重要鏈接

• TI Xilinx FPGA電源管理解決方案主頁(yè)：可獲取更多信息和其他參考設(shè)計(jì)。
• TPS54110數(shù)據(jù)手冊(cè)：提供了詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)和使用說(shuō)明。
• [SWIFT?設(shè)計(jì)軟件工具](http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/swift - sw.html)：可輔助進(jìn)一步優(yōu)化和定制設(shè)計(jì)。

實(shí)施注意事項(xiàng)

電源排序

雖然Xilinx FPGA不需要電源排序，但本參考設(shè)計(jì)采用了排序方式。這種做法符合良好的電源設(shè)計(jì)原則，能夠防止輸入電源因支持大電容負(fù)載充電的浪涌電流而被拉低。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體情況選擇是否采用電源排序。

額外電容

TPS54110已進(jìn)行補(bǔ)償，允許在每個(gè)導(dǎo)軌上使用高達(dá)12uF的陶瓷電容與兩個(gè)330uF的電容（ESR在0.1到2歐姆之間）并聯(lián)。如果使用更多的旁路電容或ESR超出上述范圍的大容量電容，則可能需要使用SWIFT設(shè)計(jì)軟件對(duì)每個(gè)TPS54x10控制回路進(jìn)行重新補(bǔ)償。這就要求工程師在選擇電容時(shí)，要充分考慮電容的參數(shù)和電路的要求，確保電源電路的穩(wěn)定性。

VCCAUX電源

(VCCAUX) 為FPGA中的時(shí)間關(guān)鍵資源（如數(shù)字時(shí)鐘管理器DCMs）供電，因此該電源電壓特別容易受到電源噪聲的影響。(V{CCAUX}) 可以與 (V{CCO}) 共享電源平面，但前提是 (VCCO) 沒有過多的噪聲。此外，(VCCAUX) 電壓的峰 - 峰值變化超過200mV時(shí)，變化速度不應(yīng)超過10mV/毫秒。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要采取相應(yīng)的措施來(lái)降低電源噪聲，確保 (VCCAUX) 電源的穩(wěn)定性。

電路修改

如果需要將輸入電壓調(diào)整為 (V_{IN}=3.3V)，可以省略U3。這為工程師在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下提供了靈活的設(shè)計(jì)選擇。

物料清單

文檔中還提供了詳細(xì)的物料清單，包括電容、電感、電阻、開關(guān)、集成電路等元件的型號(hào)、規(guī)格和數(shù)量。這些信息對(duì)于工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和采購(gòu)元件非常有幫助。例如，電容方面，使用了多種不同規(guī)格的陶瓷電容和鉭電容，電感采用了SMT 6.8uH、2.2A、75毫歐的型號(hào)，集成電路則包括線性穩(wěn)壓器和SWIFT電源控制器等。

重要通知

德州儀器（TI）保留對(duì)其產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行更正、修改、增強(qiáng)、改進(jìn)等更改的權(quán)利，并有權(quán)隨時(shí)停止任何產(chǎn)品或服務(wù)，且無(wú)需事先通知。客戶在下單前應(yīng)獲取最新的相關(guān)信息，并驗(yàn)證信息的時(shí)效性和完整性。TI對(duì)其硬件產(chǎn)品的性能提供標(biāo)準(zhǔn)保修，但并非對(duì)每個(gè)產(chǎn)品的所有參數(shù)都進(jìn)行測(cè)試。TI不承擔(dān)應(yīng)用協(xié)助或客戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)的責(zé)任，客戶需對(duì)使用TI組件的產(chǎn)品和應(yīng)用負(fù)責(zé)。此外，TI不保證授予任何TI專利、版權(quán)等知識(shí)產(chǎn)權(quán)的許可，使用相關(guān)信息可能需要獲得第三方或TI的許可。

總結(jié)

基于XILINXPWR - 083的DC/DC轉(zhuǎn)換器電源管理解決方案為Spartan? - 3 FPGA提供了高效、靈活、穩(wěn)定的電源支持。通過合理選擇元件、優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和采取適當(dāng)?shù)拇胧?，可以確保電源系統(tǒng)的可靠性和性能。電子工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，可以參考上述特點(diǎn)和注意事項(xiàng)，根據(jù)具體需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似電源管理方案的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。