TPS54140DGQR unterstützt 42V Eingang und 1.5A Ausgang

^{3. September 2025 News — Der synchrone Abwärtswandler TPS54140DGQR von Texas Instruments (TI) findet aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Leistung und seines kompakten Designs weite Verbreitung im industriellen Energiemanagement. Laut den technischen Spezifikationen von Mouser Electronics verwendet dieses Gerät ein effizientes, thermisch verbessertes MSOP-10 PowerPAD™-Gehäuse, unterstützt einen weiten Eingangsspannungsbereich von 3,5 V bis 42 V und liefert bis zu 1,5 A Dauer-Ausgangsstrom, wodurch zuverlässige Stromversorgungslösungen für industrielle Automatisierung, Kommunikationsinfrastruktur und Automobilelektroniksysteme bereitgestellt werden.}

^{Der TPS54140DGQR integriert einen 35 mΩ High-Side- und einen 60 mΩ Low-Side-MOSFET und verwendet eine Strommodus-Steuerungsarchitektur mit einer festen Schaltfrequenz von 2,5 MHz, wodurch die Verwendung von miniaturisierten Induktivitäts- und Kondensatorkomponenten ermöglicht wird. Laut dem Datenblatt von Mouser Electronics wechselt das Gerät bei geringer Last automatisch in den Energiesparmodus, wodurch der Wirkungsgrad bei geringer Last erheblich verbessert wird, mit einem Ruhestrom von nur 116 μA. Die eingebaute programmierbare Soft-Start-Schaltung unterdrückt effektiv den Einschaltstrom beim Start und sorgt für eine reibungslose Einschaltsequenz.}

^{1.VIN (Pin 1): Stromeingangspin. Unterstützt einen weiten DC-Eingangsspannungsbereich von 3,5 V bis 42 V. Benötigt einen externen Keramik-Entkopplungskondensator von mindestens 10 μF.}

^{2.EN (Pin 2): Enable-Steuerungs-Pin. Aktiviert das Gerät, wenn die Eingangsspannung 1,2 V (typisch) überschreitet, und wechselt in den Abschaltmodus, wenn sie unter 0,5 V liegt. Dieser Pin darf nicht offen bleiben.}

^{3.SS/TR (Pin 3): Soft-Start/Tracking-Steuerungs-Pin. Programmiert die Soft-Start-Zeit durch Anschließen eines externen Kondensators an Masse und kann auch für die Power-Sequencing-Verfolgung verwendet werden.}

^{4.FB (Pin 4): Rückkopplungs-Eingangs-Pin. Wird mit dem Ausgangsspannungsteilernetzwerk verbunden. Die interne Referenzspannung beträgt 0,8 V ±1 %.}

^{5.COMP (Pin 5): Fehlerverstärker-Kompensationsknoten-Pin. Benötigt ein externes RC-Kompensationsnetzwerk, um die Regelschleife zu stabilisieren.}

^{6.GND (Pins 6, 7, 8): Signalmasse-Pins. Müssen mit der Leiterplatten-Masseebene verbunden werden.}

^{7.SW (Pin 9): Schaltknoten-Pin. Wird mit der externen Induktivität mit einer maximalen Spannungsfestigkeit von 42 V verbunden. Die parasitäre Leiterplattenkapazität an diesem Knoten sollte minimiert werden.}

^{8.PowerPAD™ (Pin 10, unteres thermisches Pad): Muss auf die Leiterplatte gelötet und mit GND verbunden werden, um einen effektiven Wärmeableitungspfad bereitzustellen.}

Diese Schaltung ist eine hochfrequente, einstellbare Unterspannungs-Lockout (UVLO)-Abwärts-Schaltstromversorgung, die entwickelt wurde, um eine höhere Eingangsspannung (z. B. 12 V oder 5 V Bus) in eine stabile 3,3 V Ausgangsspannung umzuwandeln, um digitale Schaltungen zu versorgen.

^{1.Kernfunktionen}

^{Spannungswandlung:
Funktioniert als Abwärtswandler, um eine höhere DC-Eingangsspannung (VIN) effizient auf eine stabile 3,3 V DC-Ausgangsspannung (VOUT) zu reduzieren.}

^{Hochfrequenzbetrieb:
Arbeitet mit einer hohen Schaltfrequenz (wahrscheinlich im Bereich von Hunderten von kHz bis über 1 MHz).}

^Vorteile:

^{Ermöglicht die Verwendung kleinerer Induktivitäten und Kondensatoren, wodurch die Gesamtgröße der Stromversorgungslösung reduziert wird.}

^{Ermöglicht eine schnellere dynamische Reaktion.}

^{Potenzielle Nachteile:}

^{Erhöhte Schaltverluste.}

^{Erfordert strengere Layout- und Routing-Praktiken.}

^{Einstellbarer Unterspannungs-Lockout (UVLO):
Ein Hauptmerkmal dieses Designs.}

^{Funktion: Zwingt den Chip, sich ohne Ausgang abzuschalten, wenn die Eingangsspannung (VIN) zu niedrig ist.}

^Zweck:

^{Verhindert Fehlfunktionen: Stellt sicher, dass der Chip nicht unter unzureichenden Spannungsbedingungen arbeitet, wodurch ein anormaler Ausgang vermieden wird.}

^{Schützt Batterien: Verhindert bei batteriebetriebenen Anwendungen eine Beschädigung der Batterie durch Überentladung.}

^{"Einstellbar" bedeutet: Die UVLO-Einschalt- und -Ausschaltschwellenspannungen können über ein externes Widerstandsteilernetzwerk (typischerweise zwischen VIN und dem EN (Enable)-Pin oder einem dedizierten UVLO-Pin angeschlossen) angepasst werden, anstatt sich auf die festen internen Schwellenwerte des Chips zu verlassen.}

^{2.Hauptkomponenten (typischerweise im Diagramm enthalten)}

^{1.Schaltregler-IC: Der Kerncontroller der Schaltung. Integriert Schalttransistoren (MOSFETs), Ansteuerschaltungen, Fehlerverstärker, PWM-Controller usw.}

^{2.Induktivität (L): Ein Energiespeicherelement, das mit Kondensatoren für eine reibungslose Filterung zusammenarbeitet. Es ist eine Schlüsselkomponente der Abwärts-Topologie.}

^{3.Ausgangskondensator (C_OUT): Glättet den Ausgangsstrom, reduziert die Restwelligkeit der Spannung und liefert transienten Strom an die Last.}

^{4.Rückkopplungsnetzwerk (R_FB1, R_FB2): Ein ohmscher Spannungsteiler, der den Ausgang abtastet und an den FB (Feedback)-Pin des Chips zurückführt. Das Widerstandsverhältnis stellt die Ausgangsspannung (hier 3,3 V) präzise ein.}

^{5.UVLO-Einstellwiderstände (R_UVLO1, R_UVLO2): Ein weiterer ohmscher Spannungsteiler, der typischerweise die Eingangsspannung (V_IN) abtastet und mit dem EN- oder UVLO-Pin des Chips verbunden ist. Das Verhältnis dieses Teilers bestimmt die Mindesteingangsspannung, die für den Systemstart erforderlich ist.}

^{6.Eingangskondensator (C_IN): Liefert dem Chip einen niederohmigen Momentanstrom und reduziert die Eingangsspannungs-Restwelligkeit.}

^{7.Bootstrap-Kondensator (C_BOOT) (falls zutreffend): Wird verwendet, um den High-Side-Schaltertransistor im Chip anzusteuern.}

^{3.Designüberlegungen und Hinweise}

^{1.Komponentenauswahl:}

^{Induktivität: Der Nennstrom muss den maximalen Laststrom plus den Rippelstrom übersteigen, mit ausreichendem Spielraum für den Sättigungsstrom.}

^{Kondensatoren: Müssen die Anforderungen an die Ausgangsspannungs-Restwelligkeit und das Lasttransientenverhalten erfüllen. Achten Sie auf ihren ESR (Equivalent Series Resistance) und den Nenn-Rippelstrom.}

^{2.Leiterplatten-Layout:}

^{Die Hochfrequenzeigenschaften machen das Layout entscheidend.}

^{Schlüsselpfade (Schaltknoten, Eingangskondensator, Induktivität) sollten so kurz und breit wie möglich sein, um parasitäre Induktivität und elektromagnetische Störungen (EMI) zu minimieren.}

^{Das Rückkopplungsnetzwerk sollte von Störquellen (z. B. Induktivitäten und Schaltknoten) ferngehalten werden und einen Sternmassepunkt verwenden, der mit dem Masse-Pin des Chips verbunden ist.}

^{3.UVLO-Berechnung:}

^{Berechnen Sie die Werte von R_UVLO1 und R_UVLO2 mithilfe der im Chip-Datenblatt angegebenen Formeln und der Start-/Stopp-Schwellenspannungen (z. B. V_START(on), V_STOP(off)), um die gewünschten UVLO-Schwellenwerte festzulegen.}

^{Hinweis:
Dieses Diagramm veranschaulicht eine moderne, kompakte und zuverlässige 3,3-V-Stromversorgungslösung. Ihre Hochfrequenzeigenschaften machen sie für platzbeschränkte Anwendungen geeignet, während die einstellbare UVLO-Funktion die Zuverlässigkeit und den Schutz in Umgebungen mit Eingangsspannungsschwankungen (z. B. batteriebetriebene Systeme, Hot-Swap-Szenarien) verbessert. Um dieses Design zu implementieren, ist es unerlässlich, das Datenblatt des verwendeten spezifischen Schaltregler-ICs sorgfältig zu konsultieren und dessen Empfehlungen für die Komponentenauswahl und das Leiterplatten-Layout strikt zu befolgen.}

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