ZHCUB47 june   2023 BQ24072 , LMR36520 , TLV62568 , TPS2116

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 关键系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 对 24VAC 进行直流整流
      2. 2.2.2 电子保险丝保护
      3. 2.2.3 5V 电压轨
        1. 2.2.3.1 LMR36520 电压轨
        2. 2.2.3.2 USB 电源输入
      4. 2.2.4 电源 ORing
      5. 2.2.5 电池管理
      6. 2.2.6 3.3V 电源轨
      7. 2.2.7 电源轨电流检测
      8. 2.2.8 背光 LED 驱动器
      9. 2.2.9 BoosterPack 概述
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 LMR36520
      2. 2.3.2 TPS2116
      3. 2.3.3 TLV62568
      4. 2.3.4 INA2180
      5. 2.3.5 TPS92360
      6. 2.3.6 TPS2640
      7. 2.3.7 BQ24072
  9. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 硬件要求
    2. 3.2 测试设置
    3. 3.3 测试结果
      1. 3.3.1  24VAC 启动和关断
      2. 3.3.2  USB 启动和关闭
      3. 3.3.3  ORing
      4. 3.3.4  LMR36520
      5. 3.3.5  TLV62568 瞬态响应
      6. 3.3.6  BM24072 瞬态响应
      7. 3.3.7  TLV62568（3V3 电源轨）
      8. 3.3.8  LMR36520（LMOut 电源轨）
      9. 3.3.9  BM24072（BMOut 电源轨）
      10. 3.3.10 参考
        1. 3.3.10.1 TLV62568
        2. 3.3.10.2 LMR36520
  10. 4设计和文档支持
    1. 4.1 设计文件
      1. 4.1.1 原理图
      2. 4.1.2 BOM
    2. 4.2 工具与软件
    3. 4.3 文档支持
    4. 4.4 支持资源
    5. 4.5 商标
  11. 5关于作者

2.2.3.1 LMR36520 电压轨

LMR36520 器件是用于此设计的最佳选择。该器件具有非常宽的输入电压范围（4.2V 至 65V），并且具有 2A 的负载能力。LMR36520 还具有低空载静态电流和高轻负载效率。

LMR36520 可用于将整流后的 24VAC 电源转换为 5V 直流电源，并用作 TIDA-010932 中的主要电源。

GUID-20230530-SS0I-BRZK-G1M9-TXWW4ZXW5X5W-low.png图 2-5 LMR36520 实施

LMR36520 的输出电压通过一个电阻分压器网络从外部调节。建议的输出电压范围可在数据表的建议运行条件 中找到。分压器网络由 RFBT 和 RFBB 组成，并闭合输出电压与转换器之间的环路。转换器通过保持 FB 引脚上的电压与内部基准电压 VREF 相等来调节输出电压。分压器的电阻是噪声拾取过多和输出负载过大之间的折衷。较小的电阻值会降低噪声灵敏度，但也会降低轻负载效率。RFBT 的建议值为 100kΩ，最大值为 1MΩ。如果为 RFBT 选择了 1MΩ，那么必须在此电阻器上使用前馈电容器来提供足够的环路相位裕度。

方程式 19. R F B B = R F B T V O u t V R e f - 1 = 100   k Ω 5   V 1   V - 1 = 25   k Ω

对于此设计，RFBB = 25kΩ 且 RFBT = 100kΩ。

电感值和饱和电流是选择电感器的参数。电感值基于理想的纹波电流峰峰值得出，通常选择为最大输出电流的 20% 至 40% 范围。经验表明，电感纹波电流的理想值是最大负载电流的 30%。请注意，当为最大负载远小于器件可用最大值的应用选择纹波电流时，使用最大器件电流。方程式 6 可用于确定电感值。常数 K 是电感器电流纹波的百分比。该设计使用 K = 0.37，输入电压为 42V，可计算出 L ≅ 15μH 的电感。

方程式 6. L = V I N - V O U T f S W × K × I O U T   m a x x V O U T V I N = 42   V - 5   V 400   k H z × 0.37 × 2   A) × 5   V 42   V = 15   μ H

采用铁氧体磁芯材料的电感器具有非常硬的饱和特性，但通常比铁粉磁芯具有更低的磁芯损耗。铁粉磁芯具有软饱和，允许在一定程度上放宽电感器的额定电流。但在高于大约 1MHz 的频率下，铁粉磁芯具有更多的内芯损耗。在任何情况下，电感器饱和电流必须不小于器件的低侧电流限制 ILIMIT。为了避免次谐波振荡，电感值不得小于方程式 7 中给出的值：

方程式 7. L M I N ≥ M × V O U T f S W = 0.42 × 5   V 400   k H z = 5.25   μ H

其中

  • LMIN = 最小电感 (H)
  • M = 0.42
  • fSW = 开关频率 (Hz)

输出电容器的值及各自的 ESR 决定了输出电压纹波和负载瞬态性能。输出电容器组通常受限于负载瞬态要求，而不是输出电压纹波。方程式 8 可用于估算总输出电容的下限值和 ESR 的上限值，这些值是满足规定的负载瞬态所需的。

方程式 8. C O U T ≥ ∆ I O U T f S W × ∆ V O U T × K × 1 - D × 1 + K + K 2 12 × ( 2 - D )
方程式 9. E S R ≤ ( 2 + K ) x ∆ V O U T 2 × 1 + K + K 2 12 × 1 + 1 ( 1 - D )
方程式 10. D = V O U T V I N

其中

  • ΔVOUT = 输出电压瞬态
  • ΔIOUT = 输出电流瞬态
  • K = 电感器选择的纹波系数

计算输出电容和 ESR 后，使用方程式 11 检查输出电压纹波。

方程式 11. V r ≅ ∆ I L × E S R 2 + 1 ( 8 × f S W × C O U T ) 2

除了提供纹波电流并将开关噪声与其他电路隔离，陶瓷输入电容器还为稳压器提供低阻抗源。LMR36520 的输入端要求最小陶瓷电容为 4.7μF。必须至少为应用所需的最大输入电压设置该额定值；该值最好为最大输入电压的两倍。可以增大该电容以帮助降低输入电压纹波，并在负载瞬态期间保持输入电压。大多数输入开关电流流经陶瓷输入电容器。该电流的近似均方根值可根据方程式 12 进行计算，且必须根据制造商的最大额定值进行检查。

方程式 12. I R M S ≅ I O U T 2

在某些情况下，可在 RFBT 上使用前馈电容器，以改善负载瞬态响应或改善环路相位裕度。当使用的 RFBT 值大于 100kΩ 值时尤其如此。较大的 RFBT 值与 FB 引脚上的寄生电容相结合会产生一个小信号极点，从而干扰环路稳定性。A CFF 有助于减轻这种影响。使用方程式 13 估算 CFF 的值。

方程式 13. C F F < V O U T × C O U T 120 x R F B T × V R E F V O U T