實際設計一個降壓電路事實上挺簡單的,只要學會看數據手冊就行,本次設計使用TI的芯片TPS62903進行設計說明。
設計就得有設計需求,比如輸入電壓,輸出電壓,紋波,輸出電流等等。
本次設計的需求很簡單:
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計需求。
(二)
設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,能更詳細的得出芯片的詳細參數。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±1%VOUT精度可達±1%,輸入電壓范圍3v ~ 17v、等等
(三)
搞設計只設計咱們想要的,要功能也只挑選咱們想實現的進行。這就得看看芯片的引腳描述和參考設計了,如下圖所示。
這個芯片,共有9個引腳。分別是:輸出良好引腳,開關調節引腳,電壓輸出檢測引腳,地腳、使能引腳、模式選擇引腳,延時設計引腳、反饋輸入引腳。
咱們做設計就要了解每一個引腳的作用,然后進行設計。
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,上拉電壓依據設計決定,本次設計沒有二級電源,保持懸空。
第二個是SW引腳,轉換器開關引腳,連接內部電源開關。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,需要濾波電容設計。
第七個MODE引腳,模式選擇引腳,可實現設備模式選擇(自動PFM/PWM或強制PWM操作)和SmartConfig?引腳
第八個SS/TR引腳,軟啟動時間設置引腳,從這個引腳連接到GND的外部電容定義,內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,FB表示:電壓反饋輸入。連接電阻輸出分壓器到這個引腳。VSET:輸出電壓設置引腳。將電阻連接到GND來選擇輸出電壓;
然后繼續向下閱讀。
電源的內部結構,可以了解一下,知道DC_DC芯片是如何工作的
(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
1、手冊給出了頻率設置電阻選型。本次設計選擇1MHZ,頻率越高,開關管的損耗越高,開關頻率升高時,效率會下降。若要改善各種頻率下的效率,就應選擇低導通阻抗、低閘極電壓和滿負載時靜態電流很小的直流電源轉換器,或者使用等效阻抗更小的電感和電容。
2、通過對MODE引腳上拉、連接電阻,可以實現不同頻率的選擇。
對FB引腳操作可以實現固定輸出或可調輸出,手冊已經給出了推薦連接方式如下圖是固定輸出設計。
根據給出的調節公式計算阻值,實現可調輸出設計,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,本次設計以可調設計,電阻選擇兩個100K電阻(封裝小一點,節省PCB布局空間)。
(五)
算好了輸出電壓,就得選擇輸出電感了。手冊中已經給出了IL值,IL值就是電感通過的電流值,即IDC(本次設計需求最大值為2A),ΔIL是電感的紋波電流,會影響輸出電壓的紋波。
對于一個固定的電感量而言,輸入電壓越高,紋波系數就越高。當輸入電壓固定時,電感量越小,紋波系數就越高。紋波系數越高,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r可以使用r=ΔIL/IOUTmax=0.5進行計算,也可以適當選擇0.4或者0.6,依據設計情況確定。IOUTmax是“電流最大值”,可以根據需求分析,負載端的功耗評估得知。本次設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。
(六)
電源的輸入輸出都需要使用電容濾波。手冊中已經給出了如何選擇濾波電容。輸入輸出電容可選22uF
(七)
軟啟動設計,手冊中Iss的典型值給的2.5uA,可根據實際情況選擇,本次設計選擇1nf電容,進行設計。
(八)
設計完成效果圖如下:
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