本项目介绍一款围绕德州仪器TPS63070R芯片构建的紧凑高效DC-DC升降压转换器。TPS63070是一款高效同步升降压转换器，集成了两个2A开关，能够在降压和升压模式之间自动切换。该设计在3V至15V的宽输入电压范围内提供固定的5V输出，非常适合由锂离子电池供电、在12V车辆内部使用或输入电压可变的应用场景。该转换器可连续提供高达1A的电流，确保在所有输入条件下稳定运行。经计算，该转换器的效率为80%。

该电路最初使用TI的WEBENCH Power Designer工具进行仿真，有助于针对5V/1A输出配置优化元件选型和性能参数。由于PCB布局元件间距紧凑且间隙小，成功组装需要掌握微焊接技能并借助显微镜。

电路分析

图1展示了该转换器的原理图。IC11是电路的核心，工作时无需任何外部肖特基二极管，这是该转换器的优点之一。

图1

根据数据手册："TPS6307x系列是一款高效率、低静态电流的升降压转换器，适用于输入电压可能高于或低于输出电压的应用。在升压模式和降压模式下，输出电流最高可达2A。该升降压转换器基于固定频率脉宽调制控制器，采用同步整流以实现最高效率。在轻载电流下，转换器进入省电模式，以在宽负载电流范围内保持高效率。该转换器可被禁用，以最大限度降低电池消耗。在关断期间，负载与电池断开连接。该器件采用2.5 mm x 3 mm QFN封装。"

图2显示了该芯片的功能框图。

图2

C1和C2是输入电容，必须尽可能靠近控制器的VIN引脚放置。R1用于使能芯片。本设计未使用外部肖特基二极管。R2和R3是反馈电阻，应具有1%的容差。C4和C5是输出电容。最好将它们靠近VOUT引脚放置，但此规则不如输入电容那么关键。该器件内置一个电源正常输出，用于指示输出电压是否已达到其标称值。PG信号根据输出电压监控器的状态产生。只要转换器处于使能状态且VIN超过欠压锁定阈值，电源正常电路就会保持激活状态。如果输出电压未达到稳压状态，PG引脚将保持低电平。当达到稳压状态时，PG引脚呈高阻态。PG输出需要一个外部上拉电阻。该电阻可以上拉到最高至最大输出电压额定值的任何电压。

图3

图3和图4分别显示了由TI WEBENCH Power Designer工具生成的"负载"瞬态响应和"输入"瞬态响应。

图4

图5显示了制造商计算的效率图表。当输出电流在10mA至1A之间时，该转换器的效率高达90%。

图6

PCB布局

图6显示了该转换器的PCB布局[2]。所有元件均为贴片式，最小的封装尺寸为0603。不使用显微镜无法组装此电路板，但这不成问题。如今数码显微镜(带LCD屏或HDMI输出)相当便宜。

底层(蓝色)是完整的地平面。在所有设计中，尤其是转换器设计中，如果可能，这是我的首选做法。这种技术可以减少接地路径长度及其阻抗。输入/输出电容靠近输入/输出引脚。反馈路径远离噪声区域，并直接感应输出电压。

图7

尽管元件间距很小，我仍打算设计一个低成本的PCB。在初始原型中，我忘记在电源-地引脚(引脚10)旁边添加过孔。这导致输出电流限制在大约250mA，超过此值会引起输出电压下降。最新版本[2]不存在此问题。我在中心添加了一个大过孔(直径：0.57mm，孔径：0.35mm)，这将显著提高电流处理能力。如果不会增加制造成本，您可以在该过孔旁边再添加两个小过孔(直径：0.4mm，孔径：0.2mm)(图7)。

图8

如果您计划使用全部1A电流，似乎没有比遵循数据手册推荐布局更好的方法了，即使它使用了小过孔且底层不是完整的(地平面)。图8显示了PCB组装图。

组装与测试

图9显示了组装好的PCB。如前所述，至少为了焊接控制器芯片，您将需要一台显微镜(图10)。在输出端使用LED是有益的，它至少能确保输出电压水平及其存在。

图9

图10

图11

如果您观看了视频，可以看到电路已在输入电压范围内进行了测试，这证实了其稳定性和电流处理能力(图11)。