【WEBENCH设计】基于TPS54229E设计的12V转5V电源设计(实物测试)

莫妮卡

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【方案介绍】
在使用51单片机做开发设计的年代，一个7805电源管理芯片是比不可少的东西，这个最大输出电流可达1A的线性稳压器是我们刚开始学51时最先接触到的电源芯片，另外一个就是赫赫有名的117/1117，这些芯片因为价格便宜而应用非常广泛，但在设计产品中，也发现其一些不足，效率低，容易受干扰，容易被烧坏。随着MCU架构的不断升级，设计的复杂度提高，慢慢地开始喜欢应用LM2575/LM2576/LM2596这些开关电源芯片。对于51核心的控制板，单电源方案中，一个电源芯片的选择非常重要，稳定性，工作温度，纹波，防护性都要去考虑。现在的MCU升级到3.3V电源供电，1.8V供电，功耗越来越低，性能越来越好，选择合适的电源芯片对这些高性能的MCU来说，非常关键！我们知道，一般的控制设备接入的是12V直流电或24V直流电甚至到36V直流电，36V以上的就属于高压电了，就得单独考虑了。对于5V供电系统，采用上面的一片电源芯片就可以解决，成本也不会高。但对于3.3V、1.8V甚至1.5V、1.2V的电源系统，采用24V或12V直接转换的方式的电源芯片可以实现，但成本会超出很多预算，通常的做法就是采用二级电路或多级电路，首先将12V或24V降压到5V，然后再将5V降压到3.3V、1.8V、1.5V和1.2V再用。因为现在5V供电的器件非常多，降到到5V后，可以满足部分器件的供电需要。由5V降压到3.3V或更低的，这样低成本的方案采用LDO即可，采用开关电源芯片成本也不高。
由此可见，从12V或24V降到5V的这一环节非常重要，这里可以选择的芯片方案众多，有采用散热片的，有采用芯片散热盘的，在这里，跟大家分享一个非常不错的12V降到5V的芯片解决方案。这个芯片就是TI的TPS54229E芯片。

TPS54229E是一款自适应接通时间 D-CAP2 模式同步降压型转换器。它为系统设计人员提供了一个低成本、低组件数量和低待机电流的解决方案，来完成各种终端设备的电源总线调节器套件的设计。TPS54229E 的主控制环路采用 D-CAP2 模式控制，无需外部补偿组件便可实现快速瞬态响应。自适应接通时间控制可在更高负载状态下的 PWM 模式与轻负载下的Eco-mode™ 工作之间实现无缝转换。Eco-mode™ 使TPS54229E 能够在较轻负载状况下保持高效率。此外，TPS54229E的专有电路还使这个设备能够采用诸如 POSCAP 或 SP-CAP 等低等效串联电阻 (ESR) 输出电容器以及超低 ESR 陶瓷电容器。该器件的工作输入电压为：4.5V—18V, 输出电压可在0.76 V与 7 V 之间进行编程。此外，该器件还支持可调软启动时间。TPS54229E用了8-引脚DDA封装，占用PCB空间较小，设计工作温度范围为 –40°C 到 85°C，可以满足一般工业控制设备的应用，它价格在7元左右，适合用于中端控制设备。

它的特性如下：
1、D-CAP2 模式支持快速瞬态响应；
2、低输出纹波并支持陶瓷输出电容器；
3、宽 VIN 输入电压范围： 4.5 V至 18 V；
4、输出电压范围： 0.76V 至 7.0 V；5、高效率集成型 FET；
6、针对更低占空比应用进行了优化；
7、支持 160 mΩ （高侧）与 110 mΩ （低侧）MOSFET；
8、高初始带隙参考精度；
9、可调软启动；
10、预偏置软启动；
11、650-kHz 开关频率 (fSW) ；
12、逐周期限流；
13、自动跳跃Eco-mode以实现轻负载时的高效率；下面是它的原理框图：