small_hw/SY8129IABC_3V3_Converter

Auslegung: 12V auf 3.3V Step-Down mit SY8120IABC

Dieses Dokument beschreibt das Design eines hocheffizienten, synchronen DC/DC-Abwärtswandlers. Es ist eine moderne Alternative zu älteren Designs wie dem TPS5430.

1. Design-Ziele

• Eingangsspannung (V_{in}): 12V (Bereich 10.5V - 14V)
• Ausgangsspannung (V_{out}): 3.3V
• Ausgangsstrom (I_{out}): Ausgelegt für ca. 0.5A, mit Reserven bis 2A.
• Kernbaustein: Silergy SY8120IABC (Synchron, 1MHz, bis 18V, 2A)
• Ziele: Hohe Effizienz, kompaktes Layout, minimale Anzahl externer Bauteile (keine externe Diode).

2. Auslegung der Bauteile

Die Berechnung der externen Komponenten basiert auf dem Datenblatt des SY8120IABC.

a) Feedback-Widerstände (R1, R2)

Der SY8120IABC hat eine Referenzspannung (V_{FB}) von 0.6V. Die Formel zur Einstellung der Ausgangsspannung lautet: V_{out} = V_{FB} \times (1 + \frac{R1}{R2})

Um eine stabile Schleife zu gewährleisten, wird für R2 ein Wert zwischen 10kΩ und 100kΩ empfohlen.

• Wir wählen: R2 = 49.9 kΩ (1%, E96-Reihe)
• Daraus berechnet sich R1: R1 = R2 \times (\frac{V_{out}}{V_{FB}} - 1) = 49.9kΩ \times (\frac{3.3V}{0.6V} - 1) = 49.9kΩ \times 4.5 = 224.55kΩ
• Der nächstgelegene Standardwert ist: R1 = 226 kΩ (1%, E96-Reihe)

Die resultierende Ausgangsspannung beträgt damit V_{out} = 0.6V \times (1 + \frac{226k}{49.9k}) \approx 3.317V, was eine exzellente Annäherung an 3.3V ist.

b) Induktivität (L1)

Durch die hohe Schaltfrequenz von 1 MHz kann eine physisch kleine Spule mit geringerer Induktivität verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt Werte im Bereich von 2.2µH bis 10µH.

• Wir wählen einen Wert von L1 = 4.7 µH.
• Wichtig: Der Sättigungsstrom (I_{sat}) muss über der Strombegrenzung des ICs liegen (ca. 3A). Eine Spule mit I_{sat} > 3A wird gewählt.

c) Kondensatoren (C1, C2, C3)

• Eingangskondensator (C1): Ein 10µF / 25V Keramikkondensator (0805) ist ausreichend, um die Eingangsspannung zu stabilisieren.
• Ausgangskondensator (C2): Ein 22µF / 10V Keramikkondensator (0805) wird für eine stabile Ausgangsspannung mit geringem Ripple empfohlen.
• Bootstrap-Kondensator (C3): Wie im Datenblatt spezifiziert, wird ein 100nF Kondensator zwischen die Pins BOOT und SW geschaltet.

3. Finale Stückliste (BOM) für LCSC/JLCPCB

Diese Liste wurde auf Verfügbarkeit geprüft (Stand: 24. Juni 2025).

Bauteil (Ref)	Wert	LCSC Part #	Gehäuse	JLCPCB Status	Hinweis
IC1	SY8120IABC	C479076	SOT23-6	Extended Part	Synchroner Step-Down Regler.
L1	4.7 µH	C320925	6.3x6.3mm	Extended Part	Chilisin BPCI0603F-4R7M-P2. Isat=3.1A, DCR=45mΩ.
C1 (Eingang)	10 µF, 25V	C1585	0805	Basic Part	Samsung CL21A106KQFNNNE. So nah wie möglich an VIN/GND des ICs.
C2 (Ausgang)	22 µF, 10V	C15951	0805	Basic Part	Samsung CL21A226MQCLRNC. Nah am Ausgang der Spule platzieren.
C3 (Bootstrap)	100 nF, 50V	C1508	0402	Basic Part	Yageo CC0402KRX7R9BB104. Direkt zwischen BOOT und SW Pins.
R1	226 kΩ, 1%	C25995	0402	Basic Part	UNI-ROYAL 0402WGF2263TCE. Feedback-Widerstand (oben).
R2	49.9 kΩ, 1%	C25900	0402	Basic Part	UNI-ROYAL 0402WGF4992TCE. Feedback-Widerstand (unten).

4. Wichtige Hinweise zum Layout

Für einen hochfrequenten Wandler (1MHz) ist ein gutes Layout noch wichtiger als sonst.

1. Kritischer Loop (Eingang): Der Pfad vom Eingangskondensator C1 zum VIN-Pin des ICs und vom GND-Pin des ICs zurück zu C1 muss absolut minimal sein. Kurze, breite Leiterbahnen sind hier Pflicht.
2. SW (Schaltknoten): Der Pin SW (Switch) führt die hochfrequent geschaltete Spannung. Die Leiterbahn von diesem Pin zur Spule L1 sollte kurz und breit sein, aber von empfindlichen Signalen (wie der Feedback-Leitung) ferngehalten werden.
3. Feedback-Pfad: Die Widerstände R1 und R2 sollten nah am FB-Pin des ICs platziert werden. Die Leiterbahn vom FB-Pin zum Widerstandsteiler sollte kurz sein und nicht parallel zu lauten Leiterbahnen (wie SW) geführt werden.
4. Masseführung: Eine durchgehende Massefläche unter den Komponenten ist die beste Lösung, um die Rückströme kurz zu halten und die thermische Anbindung zu verbessern.