24V直流供電系統(tǒng)在工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域非常普遍,但許多電子設(shè)備使用的MCU器件只能采用3.3V或是5V的小電流供應(yīng)。這里可供選擇的供電方法不少,例如采用78xx三端穩(wěn)壓器和LDO等,這兩種方法簡(jiǎn)單卻效率不高,前者甚至需要散熱片。為了獲得較高的電壓轉(zhuǎn)換效率,通常會(huì)使用開(kāi)關(guān)型降壓轉(zhuǎn)換器。
Buck架構(gòu)降壓轉(zhuǎn)換器
在MCU供電應(yīng)用中,負(fù)載電流很小,轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)損耗在總的轉(zhuǎn)換損耗中要比開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通損耗扮演更重要的角色,可它又是必然的存在,降低開(kāi)關(guān)工作頻率成為主要的選擇。但由于要以突發(fā)模式工作的緣故,由此導(dǎo)致的較高輸出電壓紋波是必然的結(jié)果。
RT6200GE功能框圖
RT6200GE是一款低電流、非同步Buck架構(gòu)降壓轉(zhuǎn)換器,支持輸入電壓范圍從4.5V至36V,最大輸出電流至0.6A,其工作頻率為1.2MHz,使用SOT-23-6的小型封裝。由于工作頻率較高,使用相對(duì)較小的電感和輸出電容成為可能,輸出紋波也會(huì)比較小。
在輕負(fù)載操作時(shí),RT6200GE工作在電流不連續(xù)模式,其上橋MOSFET將根據(jù)需要偶爾跳過(guò)一些脈沖以保證輸出電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)。IC內(nèi)部嵌入了一個(gè)下橋MOSFET用于適時(shí)地為自舉電容充電。由于負(fù)載電流不大,外部肖特基二極管可以選用電流較小的型號(hào),同樣是因?yàn)殡娏鞑淮螅O管的正向壓降會(huì)比較小,而開(kāi)關(guān)速度也會(huì)很快,這使得在整個(gè)輸入電壓和輸出電壓范圍內(nèi)都能取得很高的轉(zhuǎn)換效率。
24V輸入的3.3V輸出電路
本設(shè)計(jì)是一個(gè)在24V輸入電壓下獲得穩(wěn)定的3.3V輸出電壓的完整電路。RT6200GE轉(zhuǎn)換器采用內(nèi)部補(bǔ)償電路,帶寬可以通過(guò)調(diào)整反饋電路的電阻R1來(lái)進(jìn)行調(diào)整。在使用10μF輸出電容的情況下,針對(duì)典型應(yīng)用的補(bǔ)償電路增益(400kΩ/R1)通常被設(shè)定為12dB,由此導(dǎo)致的帶寬約為70kHz。當(dāng)使用較小的輸出電容時(shí),轉(zhuǎn)換器帶寬將會(huì)增加。為了保持最大的相位裕量,R1的值就應(yīng)該增大。為了讓設(shè)計(jì)不至于對(duì)噪聲太敏感,轉(zhuǎn)換器的帶寬不得不被輕微下調(diào)至55kHz,而其相位裕量為58°。
電路原理圖
上電時(shí),將一個(gè)24V電源(4.5V < VIN < 36V)施加在VIN and GND之間,EN 端已經(jīng)通過(guò)內(nèi)部電路上拉到邏輯高電平使能操作。可驅(qū)動(dòng)EN為高電平(>2.5V)以啟動(dòng)運(yùn)作,或者驅(qū)動(dòng)為低電平(<0.4V)以關(guān)閉運(yùn)行。電路中的JP2為三腳插頭,EN引腳用作使能。輸出電壓VOUT可通過(guò)設(shè)置R1、R2來(lái)實(shí)現(xiàn):
Vout = 0.8 × ( 1 + R1/R2 )
芯齊齊BOM分析
本設(shè)計(jì)元件參數(shù)是按照輸出電流能力為0.5A所做的選擇,在此條件下,轉(zhuǎn)換器工作在1.2MHz的電流連續(xù)模式下。
芯齊齊BOM分析工具顯示,此設(shè)計(jì)中的電感選用15μH/2.7A/±20%, DCR=50mΩ,尺寸大小是8mm x 8mm x 4mm,以減小輸出紋波。輸出電容對(duì)輸出紋波的表現(xiàn)有決定性的影響,電路中的VOUT電容器(C4)選擇22μF, 16V X5R陶瓷電容。
基于RT6200GE的24V輸入的3.3V輸出電路BOM表
標(biāo)號(hào) | 用量 | PN | 性能 | 封裝 | 供貨商 |
U1 | 1 | RT6200GE | DC-DC轉(zhuǎn)換器 | SOT-23-6 | RICHTEK |
C2 | 1 | C3216X5R1H106K160AB | 10μF/±10%/50V/X5R陶瓷電容 | 1206 | TDK |
C4 | 1 | GRM32ER61C226KE20# | 22μF,F/±10%/16V/X5R陶瓷電容 | 1210 | Murata |
C8 | 1 | GRM32MR71H103KA01# | 10nF/±10%/50V/X7R陶瓷電容r | 0603 | Murata |
L1 | 1 | NR8040T150M | 15μH/2.7A/±20%, DCR=50mΩ,電感 | 8x8x4 | TAIYO YUDEN |
R1 | 1 | 91kΩ/±1%,電阻 | 0603 | ||
R2 | 1 | 17.4kΩ/±1%,電阻 | 0603 | ||
CP1 | 1 | Short | |||
D1 | 1 | B340A | 40V/3A肖特基二極管 | Diodes | |
JP2 | 1 | 3-Pin Header | |||
C1, C3, C5, C6, C7, C9, C10, R4, R5, D2 | 0 | Not Installed | 0603 | ||
TP | 3 | BST, SW, EN | Test Pin | ||
GP | 6 | VIN, GND, VOUT, GND, GND, GND | Golden Pin |
應(yīng)用布線時(shí),所有功率元件被放置在左上角,RT6200GE下面還有幾個(gè)過(guò)孔將大電流引導(dǎo)至地線層。反饋引腳對(duì)噪聲比較敏感,所以R1/R2被放置在靠近IC引腳的地方,為的是遠(yuǎn)離噪聲信號(hào)。這個(gè)布局占用的面積是9mm x 9mm。
審核編輯:彭菁
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