可调节 28V 3A EMI 友好型 DC-DC 降压转换器模块

[导读]电源是任何电子设备的重要组成部分。 Texas Instruments 的 TPS54302 是一款微型 SOT23-6、高效、5ms 内部软启动、3A 同步、集成 40mR MOSFET 降压转换器芯片，具有 4.5V 至 28V 的宽输入电压范围，无续流二极管和低 EMI 值。这些功能使 TPS54302 成为设计可调电源和各种应用的绝佳选择。

电源是任何电子设备的重要组成部分。 Texas Instruments 的 TPS54302 是一款微型 SOT23-6、高效、5ms 内部软启动、3A 同步、集成 40mR MOSFET 降压转换器芯片，具有 4.5V 至 28V 的宽输入电压范围，无续流二极管和低 EMI 值。这些功能使 TPS54302 成为设计可调电源和各种应用的绝佳选择。

该芯片以 400kHz 开关频率运行，并嵌入了内部环路补偿。 PCB 遵循低阻抗接地路径，并且环路面积被最小化，以确保低噪声和高效率，尽管芯片的引脚排列使得这很难实现。

电路分析

图 1 显示了该设计的原理图。 REG是电路的核心。

图 1：可调 28V 3A DC-DC 降压转换器原理图

根据 TPS54302 数据表：“TPS54302 器件是一款 28V、3A 同步降压转换器，具有两个集成 n 沟道 MOSFET。为了提高线路和负载瞬态期间的性能，该器件实施了恒定频率、峰值电流模式控制，可降低输出电容。优化的内部补偿网络最大限度地减少了外部元件数量并简化了控制环路设计。该器件的开关频率固定为 400 kHz。 TPS54302 器件在 VIN 为 4.5V 时开始开关。不开关且空载时的工作电流为 45μA(典型值)。当器件禁用时，电源电流为 2μA(典型值)。集成的 85mΩ 高侧 MOSFET 和 40mΩ 低侧 MOSFET 可实现连续输出电流高达 3A 的高效电源设计。TPS54302 器件通过集成启动充电二极管减少了外部组件数量。集成高侧 MOSFET 的偏置电压由 BOOT 至 PH 引脚上的外部电容器提供。启动电容器电压由 UVLO 电路监控，并在电压低于预设阈值 2.1V(典型值)时关闭高侧 MOSFET。该器件利用过压比较器，最大限度地减少过度输出过压瞬变。当稳压输出电压高于标称电压的108%时，过压比较器被激活，高侧MOSFET被关断并屏蔽导通，直到输出电压低于104%。 TPS54302 器件具有内部 5ms 软启动时间，可最大限度地减少浪涌电流。”””集成高侧 MOSFET 的偏置电压由 BOOT 至 PH 引脚上的外部电容器提供。启动电容器电压由 UVLO 电路监控，并在电压低于预设阈值 2.1V(典型值)时关闭高侧 MOSFET。该器件利用过压比较器，最大限度地减少过度输出过压瞬变。当稳压输出电压高于标称电压的108%时，过压比较器被激活，高侧MOSFET被关断并屏蔽导通，直到输出电压低于104%。 TPS54302 器件具有内部 5ms 软启动时间，可最大限度地减少浪涌电流。”集成高侧 MOSFET 的偏置电压由 BOOT 至 PH 引脚上的外部电容器提供。启动电容器电压由 UVLO 电路监控，并在电压低于预设阈值 2.1V(典型值)时关闭高侧 MOSFET。该器件利用过压比较器，最大限度地减少过度输出过压瞬变。当稳压输出电压高于标称电压的108%时，过压比较器被激活，高侧MOSFET被关断并屏蔽导通，直到输出电压低于104%。 TPS54302 器件具有内部 5ms 软启动时间，可最大限度地减少浪涌电流。”启动电容器电压由 UVLO 电路监控，并在电压低于预设阈值 2.1V(典型值)时关闭高侧 MOSFET。该器件利用过压比较器，最大限度地减少过度输出过压瞬变。当稳压输出电压高于标称电压的108%时，过压比较器被激活，高侧MOSFET被关断并屏蔽导通，直到输出电压低于104%。 TPS54302 器件具有内部 5ms 软启动时间，可最大限度地减少浪涌电流。”启动电容器电压由 UVLO 电路监控，并在电压低于预设阈值 2.1V(典型值)时关闭高侧 MOSFET。该器件利用过压比较器最大限度地减少过度输出过压瞬变。当稳压输出电压高于标称电压的108%时，过压比较器被激活，高侧MOSFET被关断并屏蔽导通，直到输出电压低于104%。 TPS54302 器件具有内部 5ms 软启动时间，可最大限度地减少浪涌电流。”过压比较器被激活，高侧 MOSFET 被关闭并屏蔽开启，直到输出电压低于 104%。 TPS54302 器件具有内部 5ms 软启动时间，可最大限度地减少浪涌电流。”过压比较器被激活，高侧 MOSFET 被关闭并屏蔽开启，直到输出电压低于 104%。 TPS54302 器件具有内部 5ms 软启动时间，可最大限度地减少浪涌电流。”

C1、C2 和 C3 是输入电容器，用于降低噪声和稳定转换器。 C3(旁路)应靠近 VIN 引脚放置。 REG为控制芯片，C4为BOOT引脚电容。 L1 的额定电流至少为 22 µH 至 3.6 A，C5 稳定反馈网络。 C6、C7和C8稳定输出并降低噪声。

图 2 显示了效率、输入电压、输出电压和输出电流之间的关系。有趣的是，最佳效率是在输出电流约为 1A 时实现的。尽管输入电压(24V)和输出电压(3.3V)之间的差异很大，但这并不影响效率。这证明，在持续高电流使用的情况下，安装小型散热器(使用导热胶)可以增强和拓宽电流/效率图表。

图2：效率、输入电压、输出电压和输出电流之间的关系

该芯片向开关电流信号添加补偿斜坡。这种斜率补偿可防止占空比增加时的次谐波振荡。可用的峰值电感器电流在整个占空比范围内保持恒定。此功能改善了控制器的EMI值(EMI 友好)。欠压锁定 (UVLO) 功能尚未实现，因此 EN 引脚保持浮动。

PCB布局

图 3 显示了电路的PCB 布局。它是两层PCB板，所有元件都是SMD。顶层采用无环路接地布局，输入/输出环路尽可能小。底层几乎是一个坚实的地平面(除了两条轨道)。图 4 显示了数据表中推荐的 PCB 布局。尽管数据表推荐的 PCB 布局在技术上存在争议，但芯片引脚排列使得设计防弹 PCB 变得具有挑战性。