48V 5V(10W)DC DC降压转换器 电路方案

用途广泛的DC-DC转换器,在5V 2A时具有稳定的输出,可用于为arduino,raspberry pi,Jetson Nano等供电。 硬件部件: 德州仪器LMR16020× 1个 软件应用程序和在线服务: Easyeda 手动工具和制造机: 烙铁(通用) 在电动汽车中,电池组两端的电位差始终远大于控制逻辑板工作时的电压。由于需要低压电源线(通常等于5V),因此有必要使用称为“降压转换器”的特殊电子电路。通过这些装置,可以非常有效地转换电压,实际上,可以达到等于95%的η值。 LMR16020选择 在这种情况下,决定通过集成的LMR16020开发降压转换器。该集成的兴趣点如下: • 1.输入电压范围:4、3 V至60V。考虑使用标称电压为48V的电池组,降压转换器工作的电压范围适合应对电池提供的电压 • 2. 2 A连续输出电流。这样的输出电流可以同时为多个低功率设备或单个较大的设备(如Nvidia Jetson Nano)供电。 • 集成式高端Mosfet。这样可以节省PCB上的空间并避免选择合适的MOSFET来提高电路效率的问题 • 关断模式下的OQC超低40μA,电流超低1μA。集成的设计旨在在使用电池的电路中提供出色的性能。由于这些功能,还可以节省能源,延长电池寿命 • 过热,过压和短路保护。并非所有“降压转换器” IC都能保证的非常重要的方面,有可能在发生故障时保留数字逻辑电路 设计所需参数 构建降压转换器所需的参数为: • 输入电压:V_IN 48V • 输出电压:V_OUT 5.0V • 最大输出电流:I_OUT 2.0 A • I_EN 1μA • I_HY S 3.6μA • 瞬态响应0.2 A至2 A:5% • 输出电压纹波:10mV • 输入电压纹波:400 mV • 开关频率:f_SW 600 KHz 输出电压设定点 可以使用由顶部反馈电阻器R FBT和底部反馈电阻器RFBB组成的分压器,根据需要设置LMR16020交付的输出电压。与两个电阻器相关的方程式如下: RFBT =(V_OUT − 0.75)/0.75×RF BB 考虑到V_OUT电压等于5V,为R_FBT选择100kΩ的值,我们得出R_FBB约为17.65kΩ。取整,结果为17.8kΩ。 开关频率 为了计算能够设置工作频率的电阻RT的值,必须考虑以下公式: RT(kΩ)= 42904×fSW(kHz)^(− 1.088) 考虑到600 kHz的工作频率,我们得出RT值为40.72kΩ。因此,最接近理论电阻的实际电阻值为41.2kΩ。 输出电感选择 要选择电感值,必须考虑一些输入参数,但首先要获得最大电流纹波。后者越大,整个电路的效率越差。随着输入电压的增加,LMIN电感的最小值可以使用最大输入电压来计算。将KIND视为代表相对于最大输出电流的电流纹波量的系数,将其设置为令人满意的结果20%。电感值的计算继续如下: △iL = [V OUT×(V IN MAX − V_OUT)] / [V_IN_MAX×L×f_SW] L MIN =(V_IN_MAX − V_OUT)/(I×K_IND)×(V_OUT)/(V_IN_MAX×f_SW) 在这种情况下,选择以下参数进行电感计算: • V_IN_MAX:48 V • V_OUT:5.0 V • f_SW:600 kHz • K_IND:20% 获得的LMIN最小电感值为17.716μH,随后为实际实现选择22.0μH的电感。以这种方式,获得了0.400A的纹波值。 输出电容选择 当转换器处于稳定状态时,降压转换器的输出电容器负责管理输出电压纹波。输出上的这种纹波由两个基本成分组成:第一个是电感器输出上存在的纹波与电容器的等效串联电阻(ESR)相交的结果: △V OUT =△iL×ESR = K_IND×I_OUT×ESR 第二个贡献是由对电容器充电和放电的电感器的纹波引起的: △V_OUT_C =(△i_L)/(8×f_SW×C_OUT)=(种类×IOUT)/(8×f_SW×C_OUT) 由于两个组件彼此异相,因此总输出纹波较低。要计算容量的最小值,请使用以下公式,然后取两个值中的较大者: COUT> 3×(IOH-IOL)/(f_SW×V _US) COUT>(I_OH ^ 2 − I_OL ^ 2)/ [(V_OUT + V_OS)^ 2 − V_OUT ^ 2]×L 考虑以下设计参数: • 种类:20% • IOL:1.6 A • IOH:2.4 A • △V_OUT_C:10毫伏 • V_US:5%V OUT = 250 mV • V_OS:5%V OUT = 250 mV 我们得出COUT不能小于8.33μF。根据显示的最后两个方程式选择COUT得出的最大值作为最小值,我们得出该值