# 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.