Перейти к содержанию

Можно ли понизить 48 В до 3,3 В одним DC-DC?

Обновлено Редакция GAW

Понижающий преобразователь задаёт выходное напряжение заполнением: D ≈ Uвых/Uвх. При 48 → 3,3 В это около 6,9 %, а при 60 → 3,3 В — 5,5 %. Ключ открывается на очень короткое время, и тут вступает ограничение микросхемы — минимальное управляемое время включения tON(min). У TPS54360 оно 135 нс (типичное).

Предел частоты

TI даёт для TPS54360 формулу наибольшей частоты, при которой регулятор ещё не пропускает импульсы:

fSW(max)=1tON⋅IORdc+Uвых+UdUвх−IORDS(on)+Udf_{SW(max)} = \frac{1}{t_{ON}} \cdot \frac{I_O R_{dc} + U_\text{вых} + U_d}{U_\text{вх} - I_O R_{DS(on)} + U_d}

Наш расчёт при токе 2 А, сопротивлении дросселя 25 мОм, ключа 92 мОм и диоде 0,7 В — те же значения, что в примере TI:

Вход → выходЗаполнениеПредел частоты
24 → 3,3 В13,7 %≈ 1220 кГц
48 → 3,3 В6,9 %≈ 620 кГц
60 → 3,3 В5,5 %≈ 500 кГц
48 → 5 В10,4 %≈ 880 кГц
60 → 5 В8,3 %≈ 700 кГц (у TI при 3,5 А — 710 кГц)

Считать надо по наибольшему входному напряжению: если 48-вольтовая шина может подняться до 60 В, частоту выбирают под 60 В. Наш расчёт длительности импульса по той же формуле TI, с учётом диода и потерь: при 500 кГц и 60 В — около 0,067 · 2 мкс ≈ 134 нс, это и есть граница; при 48 В — около 0,083 · 2 мкс ≈ 167 нс, с запасом. Простое отношение Uвых/Uвх импульс недооценивает. Кроме того, 135 нс — типичное значение, максимума TI не даёт, поэтому частоту выбирают с запасом 20–30 % ниже расчётной (наш вывод) — для 60 В это около 350–400 кГц.

Что ещё проверить

  • Вход микросхемы с запасом. TPS54360 работает до 60 В при абсолютном максимуме 65 В — для шины 48 В с выбросами впритык, выбросы ограничивают TVS-диодом.
  • Второе ограничение TI — по защите от перегрузки (ур. 9 даташита): выбирают меньшую из двух частот.
  • Диод — на обратное напряжение не ниже наибольшего входного.

Частота выбирается резистором RT, см. страницу TPS54360 и термин «частота переключения». Дроссель и конденсаторы под выбранную частоту подберёт калькулятор DC-DC, основы — в статье «Понижающий преобразователь (buck)».

Похожие вопросы

Что будет, если выбрать частоту выше предела?

По даташиту TI регулятор начнёт пропускать импульсы, чтобы получить нужное малое заполнение. Выход останется стабилизированным, но пульсации вырастут и их частота станет непредсказуемой — плохо для чувствительных к помехам цепей.

Подойдёт ли модуль LM2596 для 48 В?

Нет: у LM2596 рабочее входное напряжение до 40 В, а абсолютный максимум — 45 В, меньше 48 В. Для 48 В нужен преобразователь, рассчитанный на вход 60 В и выше, с запасом на выбросы.

Не лучше ли понижать в два этапа, например 48 → 12 → 3,3 В?

Иногда да: два каскада позволяют поднять частоту и уменьшить дроссели, а 12 В заодно пригодятся другим цепям. Но два преобразователя — это больше деталей и потерь, поэтому сначала проверяют, укладывается ли один каскад в ограничение по времени включения.

Источники

  1. Texas Instruments. TPS54360 4.5-V to 60-V Input, 3.5-A, Step-Down DC-DC Converter With Eco-mode (SLVSBB4G, revised June 2018) — с. 1 — вход 4,5–60 В, абсолютный максимум 65 В; разд. 7.3 — частота 100–2500 кГц резистором RT, минимальное управляемое время включения 135 нс тип. ограничивает частоту при большом отношении входа к выходу; ур. 10 — fSW(maxskip) = (1 / tON) · (IO · Rdc + VOUT + Vd) / (VIN − IO · RDS(on) + Vd), выше этой частоты регулятор пропускает импульсы; ур. 9 — предел по защите от перегрузки; разд. 8.2.2.2 — пример для 60 В → 5 В: 710 и 902 кГц при Rdc 25 мОм, RDS(on) 92 мОм, Vd 0,7 В; диод — на напряжение не ниже наибольшего входного
  2. Texas Instruments. LM2596 SIMPLE SWITCHER Power Converter 150-kHz 3-A Step-Down Voltage Regulator (SNVS124G, revised March 2023) — разд. 7.1 и 7.3 — для сравнения: вход до 40 В, абсолютный максимум 45 В — для 48 В не подходит

Нашли ошибку?

Смотрите также