基于TPS6211X的FPGA高效電源設計

l 前言

　　隨著ARM微處理器技術和現場可編程邏輯陣列技術(FPGA)的發展及其在手持式設備中的應用，手持式設備低功耗、微型化的要求越來越高。作為必然趨勢，節能將是未來手持式電子設備的必然特性，但是高效率和節能是一對矛盾，雖然作為手持設備能量來源的鋰電池的容量越來越大，但隨著功能的完善，手持設備的總功耗也在不斷增加，而鋰電池容量的能量體積比是有限的，這就要求不斷提高電源器件的轉換效率和改善電源管理方案。

　　在手持設備中，為了獲得較高的總功率，很多系統的電池電壓都在7 V之上，如7．2 V，9 V，12 V等。基于此，德州儀器(TI）推出了支持3．1～17 V輸入電壓范圍的1．5 A(典型值)DC／DC降壓轉換器系列器件TPS6211X。該小型集成電路(IC)的電源轉換效率最高可達95％，能夠顯著延長依靠2～3節鋰電池供電的手持式測試儀表及其他高端手持式設備的電池使用壽命。

2 TPS6211X器件簡介

　　TPS6211X系列器件是包含TPS6211，TPS62111，TPS62112三款DC／DC型電源器件，其中TPS62111和TPS62112分別為固定輸出3．3 V和5 V，TPS62110為可調輸出，輸出電壓范圍是1．2～16 V，其特性可滿足絕大多數手持式設備的電源需求。

2．1 引腳功能說明

　　TPS6211X標準封裝為QFN-16，尺寸為4 mm×4 mm，圖1所示為引腳排列。其引腳功能描述如表1所示。

2．2 性能特點

　　該系列器件屬于低紋波電壓噪聲的同步降壓型轉換器，開關頻率典型值為1 MHz，內置FET，不需要額外的MOSFET和穩壓管，降低了設計難度，允許設計人員利用更小的外部元件，不必擔心組件效能或轉換效率受到影響，既可節省板級空間，還能縮短系統設計時間。此外，TPS6211X可與0．8～1．4 MHz的外部頻率訊號同步，設計靈活。

　　圖2a,b是TPS62111和TPs62112在多種輸人電壓下，分別工作在PFM(脈沖頻率調節)模式和PWM(脈沖幅度調節)模式下的電流電壓轉換效率曲線圖。從圖2可以看到，在PFM時，即工作在輕負載時，轉換效率相當高，均能達到90％；而當輸入電壓、內部參數及外接負載變化時，其工作在PWM模式，轉換效率可達85％以上，這對于從7 V以上電壓值直接轉換到所需電壓值是非常有用的特性。圖2c為在不同輸入電壓下，輸出端電流的最大值。當輸入電壓高于5 V時,TPS6211X系列的最大輸出電流可達1．8A，將其用于驅動要求電壓精度較高和電流幅值較大的FPGA器件是很合適的。