硬件开发笔记（二十八）：TPS54331电源设计（一）：5V电源供电原理图设计

前言

  电源供电电路设计很重要，为了更好的给对硬件设计有需求的人，特意将电源设计的基础过程描述出来。
  本篇描述设计常用的12V转5V电路3A。

 

TPS54331（DC-DC稳压器）

概述

  TPS54331器件是一款28V、3A非同步降压转换器，集成有一个低 RDS(on) 的高侧MOSFET。为了提高轻负载条件下的效率，将自动激活脉冲跳跃Eco-mode特性。此外，1μA 的关断电源电流使得此器件可用于电池供电类应用。具有内部斜坡补偿的电流模式控制简化了外部补偿计算，并在允许使用陶瓷输出电容器的同时减少了元件数量。一个电阻分压器对输入欠压锁定的迟滞进行编程。过压瞬态保护电路可限制启动期间和瞬态条件下的电压过冲。逐周期电流限制方案、频率折返和热关断特性可在过载条件下对器件和负载施加保护。
  TPS54331 器件可采用 8 引脚 SOIC 封装和 8 引脚 SOPowerPAD 集成电路封装，这些封装经过内部优化可改进热性能。

特性

• 3.5V 至 28V 输入电压范围
• 可调节输出电压低至 0.8V
• 集成式 80mΩ 高侧 MOSFET 支持高达 3A 的持续输出电流
• 使用脉冲跳跃 Eco-mode 在轻负载条件下实现高效率
• 570kHz 固定开关频率
• 1μA 关断静态电流（典型值）
• 可调节慢启动限制浪涌电流
• 可编程 UVLO 阈值
• 过压瞬态保护
• 逐周期电流限制、频率折返和热关断保护
• 采用易于使用的 SOIC8 封装或热增强型 SOIC8PowerPAD 集成电路封装
• 使用 TPS54331 并借助 WEBENCH PowerDesigner 创建定制设计方案
• 使用 TPS62933 实现具有更高频率、更低 IQ 和改
  进 EMI 的 30V 输入电压转换器

应用

• 消费类应用，诸如机顶盒、 CPE 设备、 LCD 显示屏、外设和电池充电器
• 工业用和车载音频电源
• 5V、 12V 和 24V 分布式电源系统

简化版原理图以及典型设计

  

  

  其中电容的材质并没有那么重要，大电容是储能，小电容是滤波作用。
  由此可以看出。
  对于同系列不同型号的电流输出，查看Io（最大值）如下：
  

  TPS54331封装：D封装和DDA封装，DDA多了个pin9，来实现
  

  描述不一样看，实际查看DR就是D封装的：
  

 

12V转5V电路

  芯片厂提供了设计模拟软件，但是不想麻烦了。

步骤一：参考简化设计图

  有简化设计图就参考简化设计图：
  

  

  看下底板的图：
  

  分析后：
  

步骤二：与应用典型电路对比

  以上是相对简单电路，对不上，话有个典型电路，下面是datasheet的应用典型电路：
  

  目测两个都可以，那么用典型电路：
  

  就用这个电路，调整电阻、电感和和电容来控制输出电压大小。

步骤三：调整输出电压

  TPS54331 器件的输出电压可从外部通过电阻分压器网络进行调节。
  

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

  由于阻值选择高精度1%的电阻，然后最好是标准的，可查看《硬件实用技巧：电阻精度和常用阻值表》，选择阻值R6为20KΩ，R5为105KΩ。
  

  电容，不调整。

步骤四：调整电感

  

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)

  选个大一点的6.8uH即可。
  下面使用0.2计算一次：

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)

  选用0.2得到的就是10.3uH，选大一点的就是12uH。（注意，我们跟其他原理图一样使用6.8uH）。

步骤五：控制电源芯片使能

  加一个自锁控制开关控制EN使能