14-28V 至 12V-3.5A 1MHz DC 至 DC 降压转换器设计分享

DC-DC 转换器是电子领域最常用的电路之一，尤其是在电源应用中。非隔离 DC-DC 转换器主要有三种类型：降压、升压和降压-升压。降压转换器有时也称为降压转换器，升压转换器也称为升压转换器。降压转换器降低(降低)输入电压，同时增加输出电流。

在本文中，我使用先进的 TPS54332 SOIC-8 芯片(德州仪器)设计了一个 12V-3.5A 非同步降压转换器电路。输入电压可在 14V 至 28V 之间变化，而输出电压固定在 12V。由于控制器集成的 MOSFET(80miohm)的 RDS(ON) 较低，该电路可以连续提供高达 3.5A 的电流。转换器的高开关频率(1MHz)允许我们使用小电感器，但应遵循多项PCB设计规则以保证电路的稳定运行。

电路分析

图 1 显示了原理图。电路的核心是 TPS54332DDA 芯片1。根据数据表：“TPS54332 是一款 28 V、3.5 A 降压 (buck) 转换器，带有集成的高侧 N 沟道 MOSFET。为了提高线路和负载瞬变期间的性能，该设备实现了恒定频率、电流模式控制，从而降低了输出电容并简化了外部频率补偿设计。TPS54332 的预设开关频率为 1 MHz。

图 1：14-28V 至 12V-3.5A 1MHz DC-DC 降压转换器原理图

TPS54332 需要最低 3.5 V 的输入电压才能正常工作。EN 引脚具有内部上拉电流源，可用于通过两个外部电阻器调节输入电压欠压锁定 (UVLO)。此外，当 EN 引脚浮动时，上拉电流为器件提供默认工作条件。当不切换且无负载时，工作电流通常为 82 μA。当器件禁用时，电源电流通常为 1 μA。集成的 80 mΩ 高侧 MOSFET 可实现高效电源设计，连续输出电流高达 3.5 A。

TPS54332 通过集成启动充电二极管来减少外部元件数量。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。UVLO 电路监控启动电容器电压，当电压低于预设阈值(通常为 2.1 V)时，将关闭高侧 MOSFET。输出电压可以降低至参考电压。通过添加外部电容器，TPS54332 的慢启动时间可以调整，从而实现灵活的输出滤波器选择。

为了提高轻负载条件下的效率，TPS54332 通常在峰值电感电流降至 160 mA 以下时进入特殊的脉冲跳跃 Eco 模式。频率折返功能可在启动和过流条件下降低开关频率，以帮助控制电感电流。热关断功能可在故障条件下提供额外的保护。”

C5 和 C6 可稳定转换器(尤其是在浪涌电流消耗时)并降低输入噪声。R2 和 R3 的分压器可确保电压水平保持在 1.4 至 6V 之间，以保证控制器在输入电压范围内保持开启状态。EN 引脚可以悬空，但不建议这样做，尤其是在考虑使用 UVLO 功能的情况下。

R4 和 C7 是慢启动(软启动)元件，但 C7 的值不应高于 27nF。C1 是 100nF 自举电容。D1、L1、C2、C3 和 C4 是降压转换器元件，用于稳定输出电压和电流。R1 和 R5 是定义输出电压水平的反馈电阻，但是，您可以重新计算这些值并使用以下公式使用所需的电阻，其中 R6、C8 和 C9 是误差放大器元件：

PCB 布局

图2显示了该电路的PCB布局。这是一块两层PCB板，底层仅分配了地线。

图 2：14-28V 至 12V-3.5A 1MHz DC-DC 降压转换器的 PCB 布局

在这种高频和大电流设计中，PCB 布局是最重要的因素。图 2 应该能让您了解必须使用电源平面而不是轨道来连接大电流 PCB 网络。此外，必须避免电源平面或任何轨道中的任何环路。在降压转换器设计中，D1 二极管和 C6 必须尽可能靠近控制器。同样，C2 应尽可能靠近电感器。

正确接地是另一个改变游戏规则的设计点。底层几乎是实心铜平面(蓝色)，并被分配到地面以减少接地路径的长度和阻抗。顶层(红色)的空白区域也被地面覆盖，但遵循了星形接地布局(无接地环路)规则。这种技术可确保低 EMI(发射)和输出端的较低噪声。

我放置了一些 VIA，以进一步减小环路尺寸和接地路径的阻抗。控制器下方的 VIA 更大，因为芯片下方的电流流速较高，它们还有助于通过铜层散热。图 3 显示了电路板的装配图。您可以从“参考资料”中的链接2下载 PCB Gerber 文件。

图 3：14-28V 至 12V-3.5A 1MHz DC-DC 降压转换器装配图