使用TPS61089升压转换器DIY便携式USB-TYPEC供电的12V、2A型高效率电源,

如今,强大的充电宝无处不在,被手机爱好者广泛使用。这些充电宝的输出电压固定在5V。然而,一个充电宝也可以作为一个12V的电源,使用一个小型和高效的提升转换电路板。

本文的目的是利用微型、强大和先进的TP61089芯片来解决这种需求。芯片不需要任何外部肖特基二极管,有一个内部软起动器,并能容忍高达7a。该芯片的最大开关频率可设定为2.2MHZ,但该设计在500KZ、2A输出电流和4.5V输入电压(最坏情况下)下实现了93%的效率。最高效率约为96.5%(750马输出,5.5V输入)。该芯片的最大工作周期定级在64%左右(4.5V输入)。输入电压可在4.5V和5.5V之间变化,为确保转换器的稳定性提供了合理的公差。

设计了该变换器的电路板布局,并采取了几种预防措施,如实现功率平面、低EMI、通径和低地面路径阻抗。输入连接器是USB-C型,因此适合现代便携式应用。

电路分析

图1显示了设备的示意图。电路的核心是德克萨斯州的TP61089芯片 1 .

图1:使用TP61089的便携式USB-C12-2A型电源示意图

根据TPS61089数据表 1 "tpS61089X代表tpS61089和tpS610891。TPS61089X是一个完全集成的同步升压转换器,带有19-M主功率开关和27-M整流开关。该装置为便携式设备提供了高效和小型的电源解决方案。TPS61089X的特点是广泛的输入电压范围从2.7V到12V,以支持应用单电池或双电池锂离子/聚合物电池。

TPS61089X具有7-A的连续开关电流能力和最高12.6V的输出电压。TPS61089X采用自适应常数非时峰值电流控制拓扑来调节输出电压。TPS61089X在中、重载条件下,在脉冲宽度调制模式下工作。在光负荷条件下,tpS61089在脉冲频率调制(pFM)模式下工作,以提高效率,而tpS610891仍在压波M模式下工作,以避免低频率开关引起的应用问题。在压水管模式下的开关频率可从200千赫调整到2.2兆赫。TPS61089X还实现内置的4MS软启动功能和可调峰值开关电流限制功能。此外,该装置提供13.2V输出过电压保护,周期过电流保护,以及热关闭保护。PS61089X是一个非常紧凑的尺寸,一个2.0毫米x2.5毫米11英寸VQFN包"。

图2显示了工作周期、输入电压和输出电流之间的关系.当输入电压为4.5V(最小),输出电流为2a(最大)时,最大负载周期的额定值为64.4%。

图2:负荷周期、输入电压、输出电流

UB1是一个UB4135型连接器,可以连续处理5a电流。R3和R5是拉下电阻器,将USB型C端口定义为负载端。C5是用于降低输入噪声和稳定升压变换器的输入电容器,特别是在涌流输入电流中。C6是内部调节器(VCC销)输出的强制电容器(高于1UF)。R7、C11和C12属于环路补偿网络,并连接到误差放大器销的输出。R4设定了芯片的当前极限,该极限已设定为大约6.2A(最大值为8a)。

图3显示了效率、输入电压和输出电流之间的关系.有趣的是,当输出电流在750马左右时,而不是当它是最小时,效率就达到了最高。自然地,由于转换器的输入电压和输出电压之间的差异很小,效率更高。这就是为什么当输入电压为5.5伏时,效率最高的原因。

图3:效率、输入电压、输出电流

R2和R3是将输出电压设为12伏的反馈电阻。C7-C10是一种输出电容器,用于稳定升压转换器,降低输出噪声。

PCB布局

图4显示 PCB 电路的布局 2 .这是一个两层电路板和最小的包装尺寸是0603。在组装此电路板时,必须有一些微焊接和好的焊铁的经验。

图4:使用TP61089提升转换器的12V-2A高效电源的电路板布局

要设计这样一个高电流/高频转换器的电路板布局,你必须总是使用铜平面而不是轨道连接高电流电路板网。低阻抗的地面路径和无活路设计(环路应尽可能小)是第二个最重要的电路板设计因素。输入/输出旁路电容器应该有最短的通到地面的路径,这就是为什么旁路电容器的接地销尽可能靠近输入/输出地面路径,尽管PCB的底层只专用于地面。USB接口的屏蔽销应保持浮动.图5显示了PCB板的装配图。

图5:使用TPS61089升压转换器的12V-2A高效电源的装配图