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small_hw/SY8129IABC_3V3_Converter
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Eduard Iten edecbb58d0 Bauteilauslegung angepasst 2025-06-24 12:01:13 +00:00
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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) - Optimiert für "Basic Parts"

Um gängige und kostengünstige "Basic Parts" von JLCPCB zu verwenden, werden Widerstände aus der E24-Reihe gewählt. Das Ziel ist, das für ca. 3.3V benötigte Spannungsverhältnis möglichst genau zu treffen.

Die Referenzspannung (V_{FB}) des SY8120IABC beträgt 0.6V.

Eine exzellente Kombination, die als "Basic Part" verfügbar ist, lautet:

  • R1 (oberer Widerstand) = 120 kΩ
  • R2 (unterer Widerstand) = 27 kΩ

Die resultierende Ausgangsspannung berechnet sich damit wie folgt: V_{out} = 0.6V \times (1 + \frac{R1}{R2}) = 0.6V \times (1 + \frac{120kΩ}{27kΩ}) \approx \mathbf{3.27V}

Diese Ausgangsspannung ist ideal und für alle Zielkomponenten absolut sicher.

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.

(Anmerkung: C1 und C2 können für eine vereinfachte Stückliste auch durch den gleichen 22µF / 25V Kondensator ersetzt werden.)

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
U1 SY8120IABC C479076 SOT23-6 Extended Part Synchroner Step-Down Regler.
L1 4.7 µH C520348 5x5mm Extended Part Ceaiya CR5040-4R7M 4.7uH, 3.5A sat, 30mΩ.
C1 (Eingang) 22 µF, 25V C45783 0805 Basic Part Samsung CL21A106KAYNNNE. So nah wie möglich an VIN/GND des ICs.
C2 (Ausgang) 22 µF, 10V C45783 0805 Basic Part Samsung CL21A106KAYNNNE. Nah am Ausgang der Spule platzieren.
C3 (Bootstrap) 100 nF, 16V C1525 0402 Basic Part Yageo CL05B104KO5NNNC. Direkt zwischen BOOT und SW Pins.
R1 226 kΩ, 1% C26999 0402 Basic Part UNI-ROYAL 0402WGF2263TCE. Feedback-Widerstand (oben).
R2 49.9 kΩ, 1% C25897 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.