使用TPS61089升壓轉(zhuǎn)換器DIY便攜式USB-TYPEC供電的12V、2A型高效率電源,

如今,強(qiáng)大的充電寶無處不在,被手機(jī)愛好者廣泛使用。這些充電寶的輸出電壓固定在5V。然而,一個充電寶也可以作為一個12V的電源,使用一個小型和高效的提升轉(zhuǎn)換電路板。

本文的目的是利用微型、強(qiáng)大和先進(jìn)的TP61089芯片來解決這種需求。芯片不需要任何外部肖特基二極管,有一個內(nèi)部軟起動器,并能容忍高達(dá)7a。該芯片的最大開關(guān)頻率可設(shè)定為2.2MHZ,但該設(shè)計在500KZ、2A輸出電流和4.5V輸入電壓(最壞情況下)下實(shí)現(xiàn)了93%的效率。最高效率約為96.5%(750馬輸出,5.5V輸入)。該芯片的最大工作周期定級在64%左右(4.5V輸入)。輸入電壓可在4.5V和5.5V之間變化,為確保轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性提供了合理的公差。

設(shè)計了該變換器的電路板布局,并采取了幾種預(yù)防措施,如實(shí)現(xiàn)功率平面、低EMI、通徑和低地面路徑阻抗。輸入連接器是USB-C型,因此適合現(xiàn)代便攜式應(yīng)用。

電路分析

圖1顯示了設(shè)備的示意圖。電路的核心是德克薩斯州的TP61089芯片 1 .

圖1:使用TP61089的便攜式USB-C12-2A型電源示意圖

根據(jù)TPS61089數(shù)據(jù)表 1 "tpS61089X代表tpS61089和tpS610891。TPS61089X是一個完全集成的同步升壓轉(zhuǎn)換器,帶有19-M主功率開關(guān)和27-M整流開關(guān)。該裝置為便攜式設(shè)備提供了高效和小型的電源解決方案。TPS61089X的特點(diǎn)是廣泛的輸入電壓范圍從2.7V到12V,以支持應(yīng)用單電池或雙電池鋰離子/聚合物電池。

TPS61089X具有7-A的連續(xù)開關(guān)電流能力和最高12.6V的輸出電壓。TPS61089X采用自適應(yīng)常數(shù)非時峰值電流控制拓?fù)鋪碚{(diào)節(jié)輸出電壓。TPS61089X在中、重載條件下,在脈沖寬度調(diào)制模式下工作。在光負(fù)荷條件下,tpS61089在脈沖頻率調(diào)制(pFM)模式下工作,以提高效率,而tpS610891仍在壓波M模式下工作,以避免低頻率開關(guān)引起的應(yīng)用問題。在壓水管模式下的開關(guān)頻率可從200千赫調(diào)整到2.2兆赫。TPS61089X還實(shí)現(xiàn)內(nèi)置的4MS軟啟動功能和可調(diào)峰值開關(guān)電流限制功能。此外,該裝置提供13.2V輸出過電壓保護(hù),周期過電流保護(hù),以及熱關(guān)閉保護(hù)。PS61089X是一個非常緊湊的尺寸,一個2.0毫米x2.5毫米11英寸VQFN包"。

圖2顯示了工作周期、輸入電壓和輸出電流之間的關(guān)系.當(dāng)輸入電壓為4.5V(最小),輸出電流為2a(最大)時,最大負(fù)載周期的額定值為64.4%。

圖2:負(fù)荷周期、輸入電壓、輸出電流

UB1是一個UB4135型連接器,可以連續(xù)處理5a電流。R3和R5是拉下電阻器,將USB型C端口定義為負(fù)載端。C5是用于降低輸入噪聲和穩(wěn)定升壓變換器的輸入電容器,特別是在涌流輸入電流中。C6是內(nèi)部調(diào)節(jié)器(VCC銷)輸出的強(qiáng)制電容器(高于1UF)。R7、C11和C12屬于環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),并連接到誤差放大器銷的輸出。R4設(shè)定了芯片的當(dāng)前極限,該極限已設(shè)定為大約6.2A(最大值為8a)。

圖3顯示了效率、輸入電壓和輸出電流之間的關(guān)系.有趣的是,當(dāng)輸出電流在750馬左右時,而不是當(dāng)它是最小時,效率就達(dá)到了最高。自然地,由于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和輸出電壓之間的差異很小,效率更高。這就是為什么當(dāng)輸入電壓為5.5伏時,效率最高的原因。

圖3:效率、輸入電壓、輸出電流

R2和R3是將輸出電壓設(shè)為12伏的反饋電阻。C7-C10是一種輸出電容器,用于穩(wěn)定升壓轉(zhuǎn)換器,降低輸出噪聲。

PCB布局

圖4顯示?PCB 電路的布局 2 .這是一個兩層電路板和最小的包裝尺寸是0603。在組裝此電路板時,必須有一些微焊接和好的焊鐵的經(jīng)驗(yàn)。

圖4:使用TP61089提升轉(zhuǎn)換器的12V-2A高效電源的電路板布局

要設(shè)計這樣一個高電流/高頻轉(zhuǎn)換器的電路板布局,你必須總是使用銅平面而不是軌道連接高電流電路板網(wǎng)。低阻抗的地面路徑和無活路設(shè)計(環(huán)路應(yīng)盡可能小)是第二個最重要的電路板設(shè)計因素。輸入/輸出旁路電容器應(yīng)該有最短的通到地面的路徑,這就是為什么旁路電容器的接地銷盡可能靠近輸入/輸出地面路徑,盡管PCB的底層只專用于地面。USB接口的屏蔽銷應(yīng)保持浮動.圖5顯示了PCB板的裝配圖。

圖5:使用TPS61089升壓轉(zhuǎn)換器的12V-2A高效電源的裝配圖