基于TPS56628的5V,6A DC-DC电源模块设计

4 下载量 62 浏览量 更新于2024-11-23 收藏 924KB ZIP 举报
资源摘要信息:"DC-DC电源模块5V,6A输出-电路方案" 知识点一:DC-DC转换器的工作原理 DC-DC转换器是一种电子电力转换装置,用于在直流电源系统中调整电压。它可以提升(升压)、降低(降压)、甚至反转直流电压极性。DC-DC转换器主要有升压(Boost)、降压(Buck)、升降压(Buck-Boost)以及反激(Flyback)等类型。本方案采用的是降压型DC-DC转换器。 知识点二:TPS56628器件介绍 TPS56628是一款由德州仪器(Texas Instruments, 简称TI)生产的同步降压转换器。该器件能够支持4.5V至18V的宽输入电压范围,并可提供高达6A的连续输出电流。TPS56628具有高效率,易于设计和稳定的性能,适用于需要高电流和低电压的场合,如FPGA、DSP、微处理器和数字电路板。 知识点三:电路设计方案的要点 DC-DC电源模块的电路设计需要考虑输入输出电压范围、输出电流、效率、稳定性、过载保护、热管理等多个方面。在本方案中,以TPS56628作为核心器件,需要关注以下几个设计要点: 1. 输入电压范围:4.5V至18V的输入电压范围意味着该模块能够适应多种电源环境,如汽车电池(12V)或者USB供电(5V)。 2. 固定5V输出:设计中需要确保输出电压的稳定性和精确性,以便为需要5V电源的电子设备提供稳定供电。 3. 最大6A电流输出:设计时要确保功率级和散热设计足以支持高达6A的电流输出,以避免过载和过热问题。 4. 纹波和噪声控制:对于提供给精密电子设备的电源,输出的电压纹波和噪声需要控制在合理的范围内,以保证设备的稳定工作。 5. 热设计:由于DC-DC转换器在转换能量时会产生热量,因此必须进行有效的热设计,以保证模块不会因为过热而损坏或降低效率。 知识点四:电路图分析 虽然具体电路图未在描述中给出,但从标题和描述中可以推测电路图应包含以下部分: 1. 输入滤波电路:以减少从电源输入端引入的噪声和干扰。 2. TPS56628与外围元件:包括感应器、二极管、场效应晶体管(FETs)、反馈电阻和补偿网络等。 3. 输出滤波电路:用于进一步减少输出电压的纹波。 4. 保护电路:如短路保护、过流保护、过热保护等,以保证模块在异常情况下能够保护自身及负载设备。 5. 控制电路:用于对输出电压和电流进行精确控制,可能包括反馈控制回路。 知识点五:PCB设计和封装 在PCB设计中,需要考虑元件的布局、走线策略、电源分配网络、热管理等。封装和PCB文件(PCB1.zip和LEDPower_Sheet1.zip)表明设计者需要进行实际的硬件组装和测试,以确保电路设计满足所需的电气性能和物理尺寸要求。 知识点六:文档和资源的整理 文件名称列表中的FiKIsUrnqazhjxBIGYCVmNbP2HnX.png、FgaQOzcinsBTloNCK7-WuXq79aDi.png等,推测为电路图的不同部分或细节展示。正确地管理和引用这些设计文件和资源,对于后续的调试、故障排除和产品迭代都是十分重要的。 总结以上知识点,可见DC-DC电源模块的设计是一项涉及电路原理、器件选型、热管理、PCB设计等多个方面的复杂工程。通过采用TPS56628器件,本方案旨在提供一个固定5V输出、最大6A电流的电源模块,适用于多种应用场景。设计者需要细致考虑每一个细节,确保最终产品的性能和可靠性。
2021-04-19 上传
用途广泛的DC-DC转换器,在5V 2A时具有稳定的输出,可用于为arduino,raspberry pi,Jetson Nano等供电。 硬件部件: 德州仪器LMR16020× 1个 软件应用程序和在线服务: Easyeda 手动工具和制造机: 烙铁(通用) 在电动汽车中,电池组两端的电位差始终远大于控制逻辑板工作时的电压。由于需要低压电源线(通常等于5V),因此有必要使用称为“降压转换器”的特殊电子电路。通过这些装置,可以非常有效地转换电压,实际上,可以达到等于95%的η值。 LMR16020选择 在这种情况下,决定通过集成的LMR16020开发降压转换器。该集成的兴趣点如下: • 1.输入电压范围:4、3 V至60V。考虑使用标称电压为48V的电池组,降压转换器工作的电压范围适合应对电池提供的电压 • 2. 2 A连续输出电流。这样的输出电流可以同时为多个低功率设备或单个较大的设备(如Nvidia Jetson Nano)供电。 • 集成式高端Mosfet。这样可以节省PCB上的空间并避免选择合适的MOSFET来提高电路效率的问题 • 关断模式下的OQC超低40μA,电流超低1μA。集成的设计旨在在使用电池的电路中提供出色的性能。由于这些功能,还可以节省能源,延长电池寿命 • 过热,过压和短路保护。并非所有“降压转换器” IC都能保证的非常重要的方面,有可能在发生故障时保留数字逻辑电路 设计所需参数 构建降压转换器所需的参数为: • 输入电压:V_IN 48V • 输出电压:V_OUT 5.0V • 最大输出电流:I_OUT 2.0 A • I_EN 1μA • I_HY S 3.6μA • 瞬态响应0.2 A至2 A:5% • 输出电压纹波:10mV • 输入电压纹波:400 mV • 开关频率:f_SW 600 KHz 输出电压设定点 可以使用由顶部反馈电阻器R FBT和底部反馈电阻器RFBB组成的分压器,根据需要设置LMR16020交付的输出电压。与两个电阻器相关的方程式如下: RFBT =(V_OUT − 0.75)/0.75×RF BB 考虑到V_OUT电压等于5V,为R_FBT选择100kΩ的值,我们得出R_FBB约为17.65kΩ。取整,结果为17.8kΩ。 开关频率 为了计算能够设置工作频率的电阻RT的值,必须考虑以下公式: RT(kΩ)= 42904×fSW(kHz)^(− 1.088) 考虑到600 kHz的工作频率,我们得出RT值为40.72kΩ。因此,最接近理论电阻的实际电阻值为41.2kΩ。 输出电感选择 要选择电感值,必须考虑一些输入参数,但首先要获得最大电流纹波。后者越大,整个电路的效率越差。随着输入电压的增加,LMIN电感的最小值可以使用最大输入电压来计算。将KIND视为代表相对于最大输出电流的电流纹波量的系数,将其设置为令人满意的结果20%。电感值的计算继续如下: △iL = [V OUT×(V IN MAX − V_OUT)] / [V_IN_MAX×L×f_SW] L MIN =(V_IN_MAX − V_OUT)/(I×K_IND)×(V_OUT)/(V_IN_MAX×f_SW) 在这种情况下,选择以下参数进行电感计算: • V_IN_MAX:48 V • V_OUT:5.0 V • f_SW:600 kHz • K_IND:20% 获得的LMIN最小电感值为17.716μH,随后为实际实现选择22.0μH的电感。以这种方式,获得了0.400A的纹波值。 输出电容选择 当转换器处于稳定状态时,降压转换器的输出电容器负责管理输出电压纹波。输出上的这种纹波由两个基本成分组成:第一个是电感器输出上存在的纹波与电容器的等效串联电阻(ESR)相交的结果: △V OUT =△iL×ESR = K_IND×I_OUT×ESR 第二个贡献是由对电容器充电和放电的电感器的纹波引起的: △V_OUT_C =(△i_L)/(8×f_SW×C_OUT)=(种类×IOUT)/(8×f_SW×C_OUT) 由于两个组件彼此异相,因此总输出纹波较低。要计算容量的最小值,请使用以下公式,然后取两个值中的较大者: COUT> 3×(IOH-IOL)/(f_SW×V _US) COUT>(I_OH ^ 2 − I_OL ^ 2)/ [(V_OUT + V_OS)^ 2 − V_OUT ^ 2]×L 考虑以下设计参数: • 种类:20% • IOL:1.6 A • IOH:2.4 A • △V_OUT_C:10毫伏 • V_US:5%V OUT = 250 mV • V_OS:5%V OUT = 250 mV 我们得出COUT不能小于8.33μF。根据显示的最后两个方程式选择COUT得出的最大值作为最小值,我们得出该值