TPS63000上几乎通用的转换器，或者适合最小的转换器

亲爱的极客和同情者，祝您有美好的一天！对于那些喜欢将空闲时间用于开发无用的独特可穿戴电子设备的人来说，每次开发新设计时都会出现为这些相同设备供电的问题，并且需要经济，高效和紧凑的解决方案。此外，在升级各种类型的电池供电设备时，使用标准电池的能力会减少工作量和工作时间。下文所述的设备解决了功率高达3.5瓦的设备的电源问题。


因此，首先，我们列出电源要求：

1.稳定的可调输出电压范围为1.5至5.5V。2
.输入电压范围为1.8 V（两个串联的NiMH电池的最小电压）至5.5 V（ USB最大电压）。
3.功率不少于三瓦。
4.自动从升压模式切换到降压模式，反之亦然。
5.高效-效率至少为95％
6.紧凑性-在任何情况下，均不得超过AA号标准元件的直径。7
.最小尺寸
8.组件的数量最少，不可靠且易老化。

TPS63000集成电路满足所有这些要求。该IC唯一相对不舒服的特性是其超紧凑型3x3 mm VSON SMD封装，在其底部具有11个焊盘。微电路不需要外部二极管，并且由于高转换频率而导致的存储扼流圈的尺寸非常小。

我打开微电路的版本是这样的：



从上面的示意图中可以看出，组件的数量很少，而且它们都存在于SMD设计中。

有关组件的特性和额定值的信息：

所有多层陶瓷电容器，尺寸1206，绝缘材料X7R，额定电压10V。

为什么选择尺寸1206，而不是数据手册0603中推荐的尺寸？事实是，模块的期望的紧凑性及其在密闭壳体中的位置会导致印刷电路板和组件的大量发热。陶瓷多层电容器在加热时会损失多达70％的容量。在此出版物是指与尺寸增加电容的电容器的温度稳定性的显著改善。此外，较大的组件更容易焊接到板上（当然，通过手动焊接）。为什么额定电压为10 V，而不是建议的6.3 V？因为偏执狂：对我来说，多付几美分更好，但是比起因不起作用的设备破坏神经系统而获得的可靠性更高。

现在，让我们继续讨论存储瓶颈。与技术文档相比，它的大小略有增加：使用了4018而不是4012。对此有一个说明。存储扼流圈最重要的参数之一是饱和电流。简而言之，这是电流的大小，达到此大小后，电感器的电感便开始急剧下降，并且随着电流的进一步增加，它变成一条线。这样做的负面后果是：微电路控制键上的负载增加，节气门发热，转换器效率降低。对于4012，饱和电流从2.3 A（电感降低10％）到2.5 A（电感降低30％），对于LPS 4018，饱和电流已经从2.7 A（10％）降低到2.9 A（ 30％）。 TPS63000内部按键的电流限制为3 A，因此可以榨出所有汁液充分利用潜力的芯片更适合LPS4018。另外，4018的电阻比4012的电阻低（0.07欧姆对0.1欧姆）。

因此，电感器中的热损失也将更低。顺便说一句，随着温度的升高，此参数也会变差，这有利于选择具有大饱和电流的电抗器，并且有些裕度将非常不合适。现在关于电感器电感的选择：在技术文档中，将2.2μH的电感表示为平均情况下的平均值，提到电感的增加会减小负载上电压的纹波，但会使对负载变化的响应变差。另外，由于一位无心的女士叫物理学家，当电感增加并且尺寸保持不变时，饱和电流下降并且有源电阻增加。通常，我没有增加电感的幅度。如何评估理论上电感器中可能出现的最大电流？我使用最原始的方法（地狱，我只是确定有特殊的公式！）：要创建“参考点”，我们将采用最严格的模式-将电压增加到5 V，负载为800 mA DC。因此，输出功率为4瓦。 1.8 V时的4瓦（最小输入电压TPS63000）意味着2.2 A的恒定电流。看来4012电感器应该足够了。

但是在这种情况下，有必要考虑到脉冲转换器有一半时间将油门``抽''，另一半时间将油门``排放''到负载中（当然，这是对工作原理的非常粗略的描述，但就我们的目的而言就足够了）。因此，要提供2.2 A的恒定输入电流，就需要4.4 A的脉动电流，由于微电路的内部按键电流限制为3 A，因此您无需考虑将1.8 V和2.2 A转换为5 V和800 mA 。考虑到非理想的成分，损耗和发热，在输出端5 V时为700 mA，在输入端2.3 V时为1.5 A将是现实的。如果从1.8 V输入电压开始，则5 V时的最大输出电流将为500 mA。很容易计算出，在芯片的这种最大“不便”模式下，输出功率仅为2.5瓦。

设备的其余元件并不重要，由于安装方便，我选择了1206电阻和100 nF电容器。

该电路板是在KiCAD上设计的。它是双边的，背面是连续的铜层，用作散热器。在微电路的散热片接触部位，形成带有金属化的通孔，以将热量传递到电路板的背面。

板图，尺寸14x24毫米。当然，可以将其制成一半，但是在这种情况下，散热面积可能不足。我只是确定在创建电路板时，我违反了创建高频设备的所有准则：



现成的实例：



该设备是完整的，在这张照片中，我的口粮特别令人恶心：



与AA和18650电池相比：



转换器的测试表明该器件具有完整的可操作性，在5 V时的最大输出电流为720 mA，即 约3.6瓦。这些参数仅在输入电压至少为2.3 V（比技术文档中指出的电压低1伏）时才可能使用。电路板加热到63°C，这对于设备中使用的组件完全可以接受。调整输出电压效果很好。没有发现对受电设备和邻近设备的干扰。

这是 KiCAD项目文件夹。

根据WTFPL许可发布。

好吧，传统：玩得开心！

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN400617/