DIY 便携式 USB Type-C 12V-2A 高效电源，使用 TPS61089 VQFN 升压转换器

出处：维库电子市场网发布于：2024-07-25 16:28:12 | 590 次阅读

　　该芯片不需要任何外部肖特基，具有内部软启动器，并且可以承受高达 7A 的电流。该芯片的最大频率可设置为高达 2.2MHz，但此设计在大约 500KHz、2A 输出电流和 4.5V 输入电压（最坏情况）下实现了 93% 的效率。最佳效率约为96.5%（750mA输出，5.5V输入）。芯片的最大占空比约为 64% （4.5V 输入）。输入电压可在 4.5V 至 5.5V 之间变化，从而提供合理的容差以确保转换器的稳定性。
　　转换器的 PCB 布局在设计时考虑了多项预防措施，例如实现电源平面、低 EMI、VIA 和低接地路径阻抗。输入连接器是 USB Type-C，这使其适用于现代便携式应用。
　

　　图 1：使用 TPS61089 的便携式 USB Type-C 12V-2A 电源示意图
　　根据TPS61089的数据表1： “TPS61089x 代表TPS61089和TPS610891。TPS61089x 是一款完全集成的同步升压转换器，具有一个 19mΩ 主电源开关和一个 27mΩ 整流器开关。该器件为便携式设备提供高效率、小尺寸的电源解决方案。TPS61089x 具有 2.7V 至 12V 的宽输入电压范围，可支持由单节或两节锂离子/聚合物电池供电的应用。
　　TPS61089x 具有 7A 的连续开关电流能力和高达 12.6V 的输出电压。TPS61089x 使用自适应恒定关断时间峰值电流控制拓扑来调节输出电压。TPS61089x 在中等到重负载条件下以脉宽调制（PWM）模式工作。在轻负载条件下，TPS61089以脉冲频率调制（PFM）模式工作以提高效率，而 TPS610891 仍以 PWM 模式工作，以避免由低开关频率引起的应用问题。PWM模式下的开关频率可在200 kHz至2.2MHz范围内调节。TPS61089x 还实现了内置的 4ms 软启动功能和可调节的峰值开关电流限制功能。此外，该器件还提供 13.2V 输出过压保护、逐周期过流保护和热关断保护。PS61089x 采用极其紧凑的 2.0mm × 2.5mm 11 引脚 VQFN 封装。
　　图2显示了占空比、输入电压和输出电流之间的关系。最大占空比额定值为64.4%，其中输入电压为4.5V （最小值），输出电流为2A （最大值）。

　　图 2：占空比、输入电压、输出电流
　　USB1 是一款USB4135 Type-C 连接器，可以连续处理 5A 电流。R3 和 R5 是下拉，用于将 USB Type-C 端口定义为负载侧。C2 ...C5 是输入，用于降低输入噪声并稳定升压转换器，尤其是在浪涌输入电流下。C6 是用于内部稳压器（VCC 引脚）输出的必需电容器（高于 1uF）。R7、C11和C12属于环路补偿网络，连接到误差放大器引脚（COMP）的输出端。R4 设置芯片的电流限制，已设置为 6.2A 左右（最大为 8A）。

　　图3显示了效率、输入电压和输出电流之间的关系。有趣的是，当输出电流约为750mA时，效率最高，而不是在最小时。当然，只要转换器的输入和输出电压之差很小，效率就会更高。因此，当输入电压为5.5V时，可实现最高效率。

　　图 3：效率、输入电压、输出电流
　　R2 和 R3 是反馈电阻，用于将输出电压设置为 12V。 C7 ...C10 是输出电容器，用于稳定升压转换器并降低输出噪声。
　　PCB布局
　　图4显示了电路的PCB布局2.它是一种两层PCB板，最小的封装尺寸为0603.组装此 PCB 必须具有一些微焊接经验和良好的烙铁.
　

　　图 4：使用 TPS61089 升压转换器的 12V-2A 高效电源的 PCB 布局
　　要为这种大电流/高频转换器设计 PCB 布局，您必须始终使用铜平面而不是走线来连接大电流 PCB 网络。接地路径的低阻抗和无环路接地设计（环路应尽可能小）是第二重要的PCB设计因素。输入/输出旁路电容应具有最短的接地路径，这就是为什么旁路电容的接地引脚尽可能靠近输入/输出接地路径的原因，尽管PCB的底层仅专用于接地。USB 连接器的屏蔽引脚应保持浮动。图5显示了PCB板的组装图。