DIY 便攜式 USB Type-C 12V-2A 高效電源，使用 TPS61089 VQFN 升壓轉換器

出處：維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于：2024-07-25 16:28:12 | 615 次閱讀

　　該芯片不需要任何外部肖特基二極管，具有內部軟啟動器，并且可以承受高達 7A 的電流。該芯片的最大開關頻率可設置為高達 2.2MHz，但此設計在大約 500KHz、2A 輸出電流和 4.5V 輸入電壓（最壞情況）下實現(xiàn)了 93% 的效率。最佳效率約為96.5%（750mA輸出，5.5V輸入）。芯片的最大占空比約為 64% （4.5V 輸入）。輸入電壓可在 4.5V 至 5.5V 之間變化，從而提供合理的容差以確保轉換器的穩(wěn)定性。
　　轉換器的 PCB 布局在設計時考慮了多項預防措施，例如實現(xiàn)電源平面、低 EMI、VIA 和低接地路徑阻抗。輸入連接器是 USB Type-C，這使其適用于現(xiàn)代便攜式應用。
　

　　圖 1：使用 TPS61089 的便攜式 USB Type-C 12V-2A 電源示意圖
　　根據(jù)TPS61089的數(shù)據(jù)表1： “TPS61089x 代表TPS61089和TPS610891。TPS61089x 是一款完全集成的同步升壓轉換器，具有一個 19mΩ 主電源開關和一個 27mΩ 整流器開關。該器件為便攜式設備提供高效率、小尺寸的電源解決方案。TPS61089x 具有 2.7V 至 12V 的寬輸入電壓范圍，可支持由單節(jié)或兩節(jié)鋰離子/聚合物電池供電的應用。
　　TPS61089x 具有 7A 的連續(xù)開關電流能力和高達 12.6V 的輸出電壓。TPS61089x 使用自適應恒定關斷時間峰值電流控制拓撲來調節(jié)輸出電壓。TPS61089x 在中等到重負載條件下以脈寬調制（PWM）模式工作。在輕負載條件下，TPS61089以脈沖頻率調制（PFM）模式工作以提高效率，而 TPS610891 仍以 PWM 模式工作，以避免由低開關頻率引起的應用問題。PWM模式下的開關頻率可在200 kHz至2.2MHz范圍內調節(jié)。TPS61089x 還實現(xiàn)了內置的 4ms 軟啟動功能和可調節(jié)的峰值開關電流限制功能。此外，該器件還提供 13.2V 輸出過壓保護、逐周期過流保護和熱關斷保護。PS61089x 采用極其緊湊的 2.0mm × 2.5mm 11 引腳 VQFN 封裝。
　　圖2顯示了占空比、輸入電壓和輸出電流之間的關系。最大占空比額定值為64.4%，其中輸入電壓為4.5V （最小值），輸出電流為2A （最大值）。

　　圖 2：占空比、輸入電壓、輸出電流
　　USB1 是一款USB4135 Type-C 連接器，可以連續(xù)處理 5A 電流。R3 和 R5 是下拉電阻器，用于將 USB Type-C 端口定義為負載側。C2 ...C5 是輸入電容器，用于降低輸入噪聲并穩(wěn)定升壓轉換器，尤其是在浪涌輸入電流下。C6 是用于內部穩(wěn)壓器（VCC 引腳）輸出的必需電容器（高于 1uF）。R7、C11和C12屬于環(huán)路補償網(wǎng)絡，連接到誤差放大器引腳（COMP）的輸出端。R4 設置芯片的電流限制，已設置為 6.2A 左右（最大為 8A）。

　　圖3顯示了效率、輸入電壓和輸出電流之間的關系。有趣的是，當輸出電流約為750mA時，效率最高，而不是在最小時。當然，只要轉換器的輸入和輸出電壓之差很小，效率就會更高。因此，當輸入電壓為5.5V時，可實現(xiàn)最高效率。

　　圖 3：效率、輸入電壓、輸出電流
　　R2 和 R3 是反饋電阻，用于將輸出電壓設置為 12V。 C7 ...C10 是輸出電容器，用于穩(wěn)定升壓轉換器并降低輸出噪聲。
　　PCB布局
　　圖4顯示了電路的PCB布局2.它是一種兩層PCB板，最小的封裝尺寸為0603.組裝此 PCB 必須具有一些微焊接經(jīng)驗和良好的烙鐵.
　

　　圖 4：使用 TPS61089 升壓轉換器的 12V-2A 高效電源的 PCB 布局
　　要為這種大電流/高頻轉換器設計 PCB 布局，您必須始終使用銅平面而不是走線來連接大電流 PCB 網(wǎng)絡。接地路徑的低阻抗和無環(huán)路接地設計（環(huán)路應盡可能?。┦堑诙匾腜CB設計因素。輸入/輸出旁路電容應具有最短的接地路徑，這就是為什么旁路電容的接地引腳盡可能靠近輸入/輸出接地路徑的原因，盡管PCB的底層僅專用于接地。USB 連接器的屏蔽引腳應保持浮動。圖5顯示了PCB板的組裝圖。