From c839f1a1f57e4be019e7b1cc430be7dc050cac5b Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Eduard Iten Date: Tue, 24 Jun 2025 09:57:31 +0200 Subject: [PATCH] Added new (empty) Voltage regulator project --- TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/Readme.md | 84 +++++++++++++++++++ .../TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pcb | 2 + .../TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pro | 32 +++++++ .../TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_sch | 5 ++ 4 files changed, 123 insertions(+) create mode 100644 TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/Readme.md create mode 100644 TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pcb create mode 100644 TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pro create mode 100644 TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_sch diff --git a/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/Readme.md b/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/Readme.md new file mode 100644 index 0000000..05b5202 --- /dev/null +++ b/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/Readme.md @@ -0,0 +1,84 @@ +# Auslegung einer 3.3V Spannungsversorgung mit dem TPS5430DDAR + +Dieses Dokument beschreibt die Auslegung einer 3.3V-Spannungsversorgung für einen STM32G431-Mikrocontroller samt Peripherie (FLASH, CAN, RS485). Die Eingangsspannung beträgt nominal 12V (Bereich 10.5V - 14V). + +## 1. Abschätzung des Strombedarfs (Worst-Case) + +Um den Schaltregler und die externen Bauteile korrekt zu dimensionieren, wird zuerst der maximale Strombedarf der Lasten abgeschätzt. + +* **STM32G431:** Abhängig von Taktfrequenz und aktiven Peripherien. Konservative Annahme: **150 mA** +* **FLASH-Speicher (z.B. W25Qxx):** Kurzzeitige Spitzen beim Schreiben/Löschen. Budget: **50 mA** +* **CAN-Transceiver (z.B. TJA1050):** Maximaler Verbrauch im dominanten Zustand. Budget: **80 mA** +* **RS485-Transceiver (z.B. SN65HVD7x):** Maximaler Verbrauch beim Senden. Budget: **70 mA** + +**Gesamtstrom (typisches Maximum):** +`150 mA + 50 mA + 80 mA + 70 mA = 350 mA` + +Für einen stabilen Betrieb mit genügend Reserven für Stromspitzen wird der Regler auf einen Nennstrom von **500 mA (0.5 A)** ausgelegt. + +## 2. Auslegung der Bauteile (gemäss Datenblatt) + +Die Berechnungen basieren auf den Daten des [TPS5430-Datenblatts](https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps5430.pdf). + +* **Eingangsspannung ($V_{in}$):** 10.5V bis 14V +* **Ausgangsspannung ($V_{out}$):** 3.3V +* **Maximaler Ausgangsstrom ($I_{out}$):** 0.5 A +* **Schaltfrequenz ($f_{sw}$):** 500 kHz (fest) +* **Referenzspannung ($V_{ref}$):** 1.221 V (typisch) + +### a) Spannungsteiler für die Ausgangsspannung (Feedback) + +Die Ausgangsspannung wird über einen Spannungsteiler am FB-Pin eingestellt. Die Formel lautet: +$V_{out} = V_{ref} \times (1 + \frac{R1}{R2})$ + +Es wird R2 = 10.0 kΩ (1%) gewählt. Die Berechnung für R1 ergibt: +$R1 = R2 \times (\frac{V_{out}}{V_{ref}} - 1)$ +$R1 = 10.0 \text{ kΩ} \times (\frac{3.3\text{V}}{1.221\text{V}} - 1) = 17.027 \text{ kΩ}$ + +Gewählter Standardwert: **`R1 = 17.0 kΩ`** (E96-Reihe, 1%). + +### b) Induktivität (Speicherdrossel L) + +Die Induktivität wird für eine Stromwelligkeit ($ΔI_L$) von 30% des maximalen Ausgangsstroms ausgelegt ($ΔI_L = 0.15 A$). + +$L = \frac{V_{out} \times (V_{in(max)} - V_{out})}{V_{in(max)} \times f_{sw} \times ΔI_L}$ +$L = \frac{3.3\text{V} \times (14\text{V} - 3.3\text{V})}{14\text{V} \times 500\text{kHz} \times 0.15\text{A}} \approx 33.6 \text{ µH}$ + +Gewählter Standardwert: **`L = 33 µH`**. +**Wichtig:** Der Sättigungsstrom ($I_{sat}$) der Drossel muss > 4A sein und der Gleichstromwiderstand (DCR) möglichst gering. + +### c) Ausgangskondensator ($C_{out}$) + +Für eine gute Stabilität und geringe Welligkeit werden Keramikkondensatoren empfohlen. +Gewählte Bauteile: **`2 x 22 µF`** Keramikkondensatoren (Typ X7R/X5R, min. 10V). + +### d) Eingangskondensator ($C_{in}$) + +Dieser Kondensator stützt die Eingangsspannung bei Strompulsen und muss sehr nah am VIN-Pin platziert werden. +Gewähltes Bauteil: **`1 x 10 µF`** Keramikkondensator (Typ X7R/X5R, min. 25V). + +### e) Weitere Bauteile + +* **Bootstrap-Kondensator ($C_{boot}$):** Zwischen BOOT und PH. Standardwert: **`100 nF`** (0.1 µF). +* **Enable-Pin (ENA):** Für einen automatischen Start wird ENA direkt mit VIN verbunden. + +## 3. Zusammenfassung: Stückliste (BOM) + +| Bauteil (Ref) | Wert | Gehäuse / Typ | Wichtige Hinweise | +| :--- | :--- | :--- | :--- | +| **IC1** | **TPS5430DDAR** | SO-PowerPAD-8 | Kühlfläche (PowerPAD) muss mit einer grossen GND-Fläche verlötet werden! | +| **L1** | **33 µH** | SMD-Leistungsinduktivität | $I_{sat} > 4\text{A}$, niedriger DCR | +| **C1, C2** | **22 µF** | 1206 / 0805, Keramik X7R | Ausgangskapazität, min. 10V. Nah an L1 platzieren. | +| **C3** | **10 µF** | 1206, Keramik X7R | Eingangskapazität, min. 25V. So nah wie möglich an Pin VIN. | +| **C4** | **100 nF** | 0603, Keramik X7R | Bootstrap-Kondensator, min. 16V. Zwischen BOOT und PH. | +| **R1** | **17.0 kΩ (1%)** | 0603 / 0805 | Feedback-Widerstand. | +| **R2** | **10.0 kΩ (1%)** | 0603 / 0805 | Feedback-Widerstand. Nah am FB-Pin platzieren. | + +## 4. Wichtige Hinweise zum Layout + +Ein gutes Layout ist für die Funktion eines Schaltreglers **entscheidend**! + +1. **Der heisse Loop:** Der Strompfad `C3(+) -> IC1(VIN) -> IC1(PH) -> L1 -> C1/C2(+) -> GND(C1/C2) -> GND(C3)` muss so kurz und breit wie möglich sein, um die parasitäre Induktivität und EMI-Abstrahlung zu minimieren. +2. **Platzierung:** C3 direkt am VIN-Pin. L1, C1 und C2 direkt am PH-Pin. +3. **Feedback-Teiler:** R1 und R2 so nah wie möglich am FB-Pin des ICs platzieren. Die Leiterbahn vom Mittenabgriff zum FB-Pin kurz halten und von Leistungspfaden fernhalten. +4. **Masseführung (GND):** Eine durchgehende Massefläche verwenden. Das PowerPAD des ICs muss über mehrere Vias grossflächig mit dieser Massefläche verbunden werden, um die Wärme effizient abzuführen. \ No newline at end of file diff --git a/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pcb b/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pcb new file mode 100644 index 0000000..c547853 --- /dev/null +++ b/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pcb @@ -0,0 +1,2 @@ +(kicad_pcb (version 20241229) (generator "pcbnew") (generator_version "9.0") +) \ No newline at end of file diff --git a/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pro b/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pro new file mode 100644 index 0000000..f8c65e3 --- /dev/null +++ b/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_pro @@ -0,0 +1,32 @@ +{ + "board": { + "design_settings": { + "defaults": {}, + "diff_pair_dimensions": [], + "drc_exclusions": [], + "rules": {}, + "track_widths": [], + "via_dimensions": [] + } + }, + "boards": [], + "libraries": { + "pinned_footprint_libs": [], + "pinned_symbol_libs": [] + }, + "meta": { + "filename": "kicad.kicad_pro", + "version": 1 + }, + "net_settings": { + "classes": [], + "meta": { + "version": 0 + } + }, + "pcbnew": { + "page_layout_descr_file": "" + }, + "sheets": [], + "text_variables": {} +} diff --git a/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_sch b/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_sch new file mode 100644 index 0000000..ed2e11b --- /dev/null +++ b/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter/TPS5430DDAR_3V3_0A5_Converter.kicad_sch @@ -0,0 +1,5 @@ +(kicad_sch (version 20250114) (generator "eeschema") (generator_version "9.0") + (paper "A4") + (lib_symbols) + (symbol_instances) +)