设计了一个12V-3.5A非同步降压转换器电路。输入电压可在 14V 至 28V 之间变化,而输出电压固定为 12V。由于控制器集成 MOSFET (80miliohm) 的低 RDS(ON),该电路可以连续提供高达 3.5A 的电流。转换器的高开关频率(1MHz)允许我们使用小电感,但应遵循多种PCB设计规则以保证电路的稳定运行。
电路分析
图1所示为示意图。该电路的是 TPS54332DDA 芯片1。根据数据表:“TPS54332 是一款 28V、3.5A 降压转换器,具有集成高侧 N 沟道 MOSFET。为了提高线路和负载瞬态期间的性能,该器件实现了恒定频率电流模式控制,从而减少了输出电容并简化了外部频率补偿设计。TPS54332 的预设开关频率为 1 MHz。
图 1:14-28V 至 12V-3.5A 1MHz DC-DC 降压转换器原理图
TPS54332 需要 3.5V 的输入电压才能正常运行。EN 引脚具有一个内部上拉电流源,可用于通过两个外部电阻调节输入电压欠压锁定 (UVLO)。此外,当 EN 引脚悬空时,上拉电流为器件提供了默认运行条件。不开关且无负载时,工作电流通常为 82 μA。当器件禁用时,电源电流通常为 1 μA。集成的 80mΩ 高侧 MOSFET 可实现连续输出电流高达 3.5A 的高效电源设计。
TPS54332 通过集成启动充电二极管减少了外部组件数量。集成高侧 MOSFET 的偏置电压由 BOOT 至 PH 引脚上的外部电容器提供。UVLO 电路监视启动电容器电压,并在电压低于通常为 2.1V 的预设阈值时关闭高侧 MOSFET。输出电压可以降压至与参考电压一样低。通过添加外部电容器,TPS54332 的慢启动时间可以调节,从而实现灵活的输出滤波器选择。
为了提高轻负载条件下的效率,当峰值电感器电流降至 160 mA 以下时,TPS54332 通常会进入特殊的脉冲跳跃经济模式。频率折返可降低启动和过流条件下的开关频率,以帮助控制电感器电流。热关断在故障情况下提供了额外的保护。”
C5 和 C6 稳定(尤其是在浪涌电流消耗时)转换器并降低输入噪声。R2 和 R3 的分压器确保电压电平保持在 1.4 至 6V 之间,以保证控制器在输入电压范围内保持开启状态。EN 引脚可以悬空,但不建议这样做,特别是在考虑使用 UVLO 功能时。
R4和C7为慢启动(软启动)元件,但C7的值不应高于27nF。C1 是 100nF 自举电容。D1、L1、C2、C3 和 C4 是降压转换器组件,用于稳定输出电压和电流。R1 和 R5 是定义输出电压电平的反馈电阻器,但是,您可以使用以下公式重新计算这些值并使用所需的电阻器,其中 R6、C8 和 C9 是误差放大器组件:
PCB布局
图 2 显示了电路的 PCB 布局。这是一块两层PCB板,底层只分配到地。
图 2:14-28V 至 12V-3.5A 1MHz DC-DC 降压转换器的 PCB 布局
PCB布局是此类高频、大电流设计中重要的因素。图 2 应该让您了解如何使用电源层而不是走线来连接高电流 PCB 网络。此外,必须避免电源层或任何轨道中的任何环路。在降压转换器设计中,D1 二极管和 C6 必须尽可能靠近控制器放置。同样,C2 应尽可能靠近电感。
正确接地是另一个改变游戏规则的设计点。底层几乎是实心铜平面(蓝色),并分配给地面以减少接地路径的长度和阻抗。顶层(红色)的空白区域也已被地面覆盖,但遵循星-地-布局(无接地环路)规则。该技术可确保低 EMI(发射)和较低的输出噪声。
我放置了一些过孔,以进一步减小环路尺寸和接地路径的阻抗。控制器下方的 VIA 更大,因为芯片下方的电流很高,而且它们还有助于通过铜层散热。图3所示为该板的装配图。
图 3:14-28V 至 12V-3.5A 1MHz DC-DC 降压转换器装配图