硬體開發筆記（二十八）：TPS54331電源設計（一）：5V電源供電原理圖設計

前言

  電源供電電路設計很重要，為了更好的給對硬體設計有需求的人，特意將電源設計的基礎過程描述出來。
  本篇描述設計常用的12V轉5V電路3A。

TPS54331（DC-DC穩壓器）

概述

  TPS54331器件是一款28V、3A非同步降壓轉換器，整合有一個低 RDS(on) 的高側MOSFET。為了提高輕負載條件下的效率，將自動啟用脈衝跳躍Eco-mode特性。此外，1μA 的關斷電源電流使得此器件可用於電池供電類應用。具有內部斜坡補償的電流模式控制簡化了外部補償計算，並在允許使用陶瓷輸出電容器的同時減少了元件數量。一個電阻分壓器對輸入欠壓鎖定的遲滯進行程式設計。過壓瞬態保護電路可限制啟動期間和瞬態條件下的電壓過沖。逐週期電流限制方案、頻率折返和熱關斷特性可在過載條件下對器件和負載施加保護。
  TPS54331 器件可採用 8 引腳 SOIC 封裝和 8 引腳 SOPowerPAD 積體電路封裝，這些封裝經過內部最佳化可改進熱效能。

特性

• 3.5V 至 28V 輸入電壓範圍
• 可調節輸出電壓低至 0.8V
• 整合式 80mΩ 高側 MOSFET 支援高達 3A 的持續輸出電流
• 使用脈衝跳躍 Eco-mode 在輕負載條件下實現高效率
• 570kHz 固定開關頻率
• 1μA 關斷靜態電流（典型值）
• 可調節慢啟動限制浪湧電流
• 可程式設計 UVLO 閾值
• 過壓瞬態保護
• 逐週期電流限制、頻率折返和熱關斷保護
• 採用易於使用的 SOIC8 封裝或熱增強型 SOIC8PowerPAD™ 積體電路封裝
• 使用 TPS54331 並藉助 WEBENCH® PowerDesigner 建立定製設計方案
• 使用 TPS62933 實現具有更高頻率、更低 IQ 和改
  進 EMI 的 30V 輸入電壓轉換器

應用

• 消費類應用，諸如機頂盒、 CPE 裝置、 LCD 螢幕、外設和電池充電器
• 工業用和車載音訊電源
• 5V、 12V 和 24V 分散式電源系統

簡化版原理圖以及典型設計

  

  

  其中電容的材質並沒有那麼重要，大電容是儲能，小電容是濾波作用。
  由此可以看出。
  對於同系列不同型號的電流輸出，檢視Io（最大值）如下：
  

  TPS54331封裝：D封裝和DDA封裝，DDA多了個pin9，來實現
  

  描述不一樣看，實際檢視DR就是D封裝的：
  

12V轉5V電路

  晶片廠提供了設計模擬軟體，但是不想麻煩了。

步驟一：參考簡化設計圖

  有簡化設計圖就參考簡化設計圖：
  

  

  看下底板的圖：
  

  分析後：
  

步驟二：與應用典型電路對比

  以上是相對簡單電路，對不上，話有個典型電路，下面是datasheet的應用典型電路：
  

  目測兩個都可以，那麼用典型電路：
  

  就用這個電路，調整電阻、電感和和電容來控制輸出電壓大小。

步驟三：調整輸出電壓

  TPS54331 器件的輸出電壓可從外部透過電阻分壓器網路進行調節。
  

5V = 0.8V x ( R5/R6 + 1)
R5/R6 + 1 = 5/0.8
R5/R6 = 6.25 - 1
R5/R6 = 5.25

  由於阻值選擇高精度1%的電阻，然後最好是標準的，可檢視《硬體實用技巧：電阻精度和常用阻值表》，選擇阻值R6為20KΩ，R5為105KΩ。
  

  電容，不調整。

步驟四：調整電感

  

Lmin = (5V x (12V – 5V) / (12V x 0.3 x 3A x 570kHz)
Lmin = (5V x 7V) / (3.6V x 3A x 570kHz)
Lmin = 35 / (10.8 x 570000)
Lmin = 35 / 6156000
Lmin = 0.00000568551(H)
Lmin = 5.68551(uH)

  選個大一點的6.8uH即可。
  下面使用0.2計算一次：

Lmin = (5V x (12V – 5V) / (12V x 0.2 x 3A x 570kHz)
Lmin = (5V x 7V) / (2.4V x 3A x 570kHz)
Lmin = 35 / (7.2 x 570000)
Lmin = 35 / 3384000
Lmin = 0.00001034278(H)
Lmin = 10.34278(uH)

  選用0.2得到的就是10.3uH，選大一點的就是12uH。（注意，我們跟其他原理圖一樣使用6.8uH）。

步驟五：控制電源晶片使能

  加一個自鎖控制開關控制EN使能