TPS5430DCDC芯片24V转8V电路设计

2023-11-14


前言

因实际需要,需设计一个将24V电压转成5V电压的电路,用于给放大器供电,由于放大的信号很小,因此要控制电源噪声,因此不考虑将24V电压直接转换成5V,而是先转成一中间电压再经过线性稳压器转换。但又处于功耗的考虑,尽量避免线性稳压器两端压差过大,因此要先设计一将24V转成8V的电路,选用TPS5430DDAR芯片,以下设计过程作为笔记,完全参照芯片手册中的设计过程。

一、确定参数指标

首先确定要设计的参数指标,其中输出电压 V OUT  = 8 V V_{\text {OUT }}=8V VOUT =8V
,输入电压 V IN  = 24 V V_{\text {IN }}=24V VIN =24V,输出电流尽量大,设置为3A。
首先给出一张芯片手册中给出的24V转5V参考电路
在这里插入图片描述

二、设计步骤

1.输入电容器

TPS5430 需要一个输入去耦电容器,并且根据具体应用需要一个大容量输入电容器。去耦电容器 C1 的建议值为 10μF。需要高品质的陶瓷型 X5R 或 X7R 电容器。对于某些应用,只要不超过输入电压和电流纹波额定值,就可以使用具有更小值的去耦电容器。额定电压必须大于最大输入电压,包括纹波电压。如果考虑纹波电压则可选取更小的电容值,这里没有相应指标,因此就用 10μF。

2.输出滤波器件

1:电感取值

需要为输出滤波器选择两个元件,即 L1 和 C2。由于 TPS5430 是内部补偿器件,因此可以支持有限范围的滤波器元件类型和值。对于电感器的值,可由以下公式确定:
L M I N = V OUT(MAX  × ( V I N ( M A X ) − V OUT  ) V I N (  max  ) × K I N D × I OUT  × F S W L_{M I N}=\frac{V_{\text {OUT(MAX }} \times\left(V_{I N(M A X)}-V_{\text {OUT }}\right)}{V_{I N(\text { max })} \times K_{I N D} \times \mathrm{I}_{\text {OUT }} \times F_{S W}} LMIN=VIN( max )×KIND×IOUT ×FSWVOUT(MAX ×(VIN(MAX)VOUT )
在本次设计中Vout=8V,Vin=24V, K I N D K_{IND} KIND是一个系数,此芯片取0.2~0.3在这里取0.2,Fsw并没有要求,因此取芯片手册示例中的500k,计算得到电感最小取值为17.7μH,这里取标准值22μH。

2:电容取值

输出电容器的重要设计因素是直流电压额定值、纹波电流额定值和等效串联电阻(ESR)。不得超过直流电压和纹波电流额定值。ESR 很重要,因为它与电感器纹波电流一起决定输出纹波电压的大小。输出电容器的实际值并不重要,但确实存在一些实际限制。应考虑此设计的所需闭环交叉频率与输出滤波器的 LC 转角频率之间的关系。由于采用内部补偿设计,闭环交叉频率尽量保持在 3kHz 至 30kHz 范围之间,因为这个频率范围有足够的相位升压,可实现稳定运行。对于此设计示例,假设预期的闭环交叉频率将在 2590Hz 至 24kHz 之间,且也低于输出电容器的 ESR 零点。在这些条件下,闭环交叉频率与 LC 转角频率的关系如下: f C O = f L C 2 85   V OUT  \mathrm{f}_{\mathrm{CO}}=\frac{\mathrm{f}_{\mathrm{LC}}{ }^2}{85 \mathrm{~V}_{\text {OUT }}} fCO=85 VOUT fLC2
输出滤波器的所需电容值为: C OUT  = 1 3357 × L OUT  × f C O × V OUT  \mathrm{C}_{\text {OUT }}=\frac{1}{3357 \times \mathrm{L}_{\text {OUT }} \times \mathrm{f}_{\mathrm{CO}} \times \mathrm{V}_{\text {OUT }}} COUT =3357×LOUT ×fCO×VOUT 1
项目中并没有要求交叉频率,因此使用例子中的18kHz,经计算得出应是哟的电容值为:120μF,仍是哟标准值220μF

3 :输出电压设定点

TPS5430 的输出电压通过从输出到 VSENSE 引脚的电阻分压器(R1 和 R2)设定。使用如下方程式计算输出电压为 8V 时的 R2 电阻值:$ R 2 = R 1 × 1.221   V OUT  − 1.221 \mathrm{R} 2=\frac{\mathrm{R} 1 \times 1.221}{\mathrm{~V}_{\text {OUT }}-1.221} R2= VOUT 1.221R1×1.221
如,使R1为20K,R2为3.602K

4: BOOT电容器

BOOT 电容器应为 0.01μF。

总结和结果

以上即为设计过程,仅作为笔记,后续成果会及时更新,希望对有需要的人产生帮助。
在这里插入图片描述
板子做出来了,经过测试可以正常使用

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