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BUCK電路—5V轉(zhuǎn)1.2V設(shè)計實例

冬至子 ? 來源:硬件小百科 ? 作者:六六 ? 2023-10-24 17:35 ? 次閱讀

實際設(shè)計一個降壓電路事實上挺簡單的,只要學(xué)會看數(shù)據(jù)手冊就行,本次設(shè)計使用TI芯片TPS62903進行設(shè)計說明。

設(shè)計就得有設(shè)計需求,比如輸入電壓,輸出電壓,紋波,輸出電流等等。

本次設(shè)計的需求很簡單:

VIn:5V,Vout:1.2V .Ioutmax: 2A.

(一)

第一步看芯片手冊第一時間看功能描述,如下圖,可以基本了解此電源芯片的基本情況。比如。工作頻率、輸出電流、工作溫度,反饋參考電壓、封裝等等。在了解了芯片的基本情況,就能大概考慮是否此芯片符合我們的設(shè)計需求。

圖片

(二)

設(shè)計電源電路這第二步得看芯片手冊中對芯片的電氣特性(Electrical characteristics)描述部分,能更詳細(xì)的得出芯片的詳細(xì)參數(shù)。如下圖,咱們可以看出,可選頻率為1M或2.5MHZ頻率,VOUT精度可達(dá)±1%VOUT精度可達(dá)±1%,輸入電壓范圍3v ~ 17v、等等

圖片圖片

(三)

搞設(shè)計只設(shè)計咱們想要的,要功能也只挑選咱們想實現(xiàn)的進行。這就得看看芯片的引腳描述和參考設(shè)計了,如下圖所示。

圖片

這個芯片,共有9個引腳。分別是:輸出良好引腳,開關(guān)調(diào)節(jié)引腳,電壓輸出檢測引腳,地腳、使能引腳、模式選擇引腳,延時設(shè)計引腳、反饋輸入引腳。

咱們做設(shè)計就要了解每一個引腳的作用,然后進行設(shè)計。

第一個引腳PG 引腳,全稱POWERGOOD,一般用于下一級電源使能,這個芯片的輸出電壓穩(wěn)定后,這個引腳才會輸出一個高電平,表示我輸出OK了,你可以進行下一步了。一般會使用一個電阻將其上拉,上拉電壓依據(jù)設(shè)計決定,本次設(shè)計沒有二級電源,保持懸空。

第二個是SW引腳,轉(zhuǎn)換器開關(guān)引腳,連接內(nèi)部電源開關(guān)。連接SW和輸出電容之間的需要一顆電感,電感后面需要連接濾波電容設(shè)計。

第三個VOS,輸出電壓檢測引腳。直接連接到輸出電容的正引腳。

第四個GND是干嘛的我就不解釋了。

第五個EN引腳,使能引腳,這個引腳的電壓高于一定值,這個芯片才會工作。

第六個VIN引腳,電壓輸入端,需要濾波電容設(shè)計。

第七個MODE引腳,模式選擇引腳,可實現(xiàn)設(shè)備模式選擇(自動PFM/PWM或強制PWM操作)和SmartConfig?引腳

第八個SS/TR引腳,軟啟動時間設(shè)置引腳,從這個引腳連接到GND的外部電容定義,內(nèi)部參考電壓的上升時間。引腳也可以用作跟蹤的輸入和測序。引腳可以保持浮動最快的上升時間

第9個FB、VSET引腳,F(xiàn)B表示:電壓反饋輸入。連接電阻輸出分壓器到這個引腳。VSET:輸出電壓設(shè)置引腳。將電阻連接到GND來選擇輸出電壓;

然后繼續(xù)向下閱讀。

電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu),可以了解一下,知道DC_DC芯片是如何工作的

圖片

(四)

很多手冊都會給出推薦值,下圖是手冊給出的推薦器件的值范圍

圖片

1、手冊給出了頻率設(shè)置電阻選型。本次設(shè)計選擇1MHZ,頻率越高,開關(guān)管的損耗越高,開關(guān)頻率升高時,效率會下降。若要改善各種頻率下的效率,就應(yīng)選擇低導(dǎo)通阻抗、低閘極電壓和滿負(fù)載時靜態(tài)電流很小的直流電源轉(zhuǎn)換器,或者使用等效阻抗更小的電感和電容。

圖片

2、通過對MODE引腳上拉、連接電阻,可以實現(xiàn)不同頻率的選擇。

對FB引腳操作可以實現(xiàn)固定輸出或可調(diào)輸出,手冊已經(jīng)給出了推薦連接方式如下圖是固定輸出設(shè)計。

圖片

根據(jù)給出的調(diào)節(jié)公式計算阻值,實現(xiàn)可調(diào)輸出設(shè)計,如果沒有看到手冊給出推薦值,一般先確定一個值,然后去計算另一個值,本次設(shè)計以可調(diào)設(shè)計,電阻選擇兩個100K電阻(封裝小一點,節(jié)省PCB布局空間)。

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(五)

算好了輸出電壓,就得選擇輸出電感了。手冊中已經(jīng)給出了IL值,IL值就是電感通過的電流值,即IDC(本次設(shè)計需求最大值為2A),ΔIL是電感的紋波電流,會影響輸出電壓的紋波。

圖片

對于一個固定的電感量而言,輸入電壓越高,紋波系數(shù)就越高。當(dāng)輸入電壓固定時,電感量越小,紋波系數(shù)就越高。紋波系數(shù)越高,意味著流過電容的紋波電流越大,對于相同的紋波電壓需求來說,就需要更大的電容量。

一般情況下紋波系數(shù)r可以使用r=ΔIL/IOUTmax=0.5進行計算,也可以適當(dāng)選擇0.4或者0.6,依據(jù)設(shè)計情況確定。IOUTmax是“電流最大值”,可以根據(jù)需求分析,負(fù)載端的功耗評估得知。本次設(shè)計需求紋波為輸出電壓的2%。即1.2*2%=0.024V。

即已知△IL=2*0.5=1A.

求得Lmin=0.76uH.最小值為0.76,本次設(shè)計使用2.2uH的電感(可選其他電感),可以反推出△IL。進而求得紋波系數(shù)。

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(六)

電源的輸入輸出都需要使用電容濾波。手冊中已經(jīng)給出了如何選擇濾波電容。輸入輸出電容可選22uF

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(七)

軟啟動設(shè)計,手冊中Iss的典型值給的2.5uA,可根據(jù)實際情況選擇,本次設(shè)計選擇1nf電容,進行設(shè)計。

圖片

(八)

設(shè)計完成效果圖如下:

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