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【WEBENCH 设计方案】+基于TPS54331DR芯片的24V转3.3V/2A的电源设计方案(带实物图片)

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gg5340
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LV6
高级工程师
  • 2013-9-23 09:47:18
【方案介绍】 在一些工业应用场合,经常需要本地远程发送命令控制显示一些字符、图片和汉字等各种信息,这就需要一个智能的显示终端,可作为工业控制、智能仪表等显示终端。为了实现快速响应,智能液晶显示终端通常采用高性能的STM32F103ZET6 M3控制器作为主核心,板载1G容量的ASCII码库等,并根据实际需要集成了24V供电。本设计中的核心处理器和各种外设皆采用500mA以上630mA),为了保留3.3V,输出电流最高达TPS54331。它是一款具有3.5V3A/570kHz降压转换器,性价比高,工作温度:~150℃,可满足工业级设备的使用要求。下面是利用

方案中输入电压:3.3V,输出电流:最大40℃。设计方案步骤如下:1)点击开始设计

因为方案中,只用到一路电源,所以,只要直接点击红色字体【开始设计】就可以了。如图:


这样,会加载一个FLASH登陆界面,大约1分钟左右,会进入一个默认的设计界面:

如图:







这里,选择【DC】,直流电输入,最小=最大=24V,输出电压:3.3V,输出电流:2A,不要忘记温度:40℃。这些参数都输入正确以后,点击重新计算,会生成新的设计界面。如图:





因本设计已经有实物设计,所以芯片是已经选好了的TPS54331,可这里没有,那怎么办?TI在这个设计环节中,增加了搜索功能,非常实用哦。如下图:我们在里面输入:TPS54331,系统会自动筛选出来这个芯片方案:




3) 开启TPS54331设计方案

在上面的图中,点击绿色按钮【开启设计】后,系统会自动生成一个TPS54331芯片的电源方案,生成的方案界面如下图:






最终的设计界面内容非常丰富,这里可以看到优化选项一直在最左边显示,这里我们没有采用,当时选择TPS54331是从价格、效率和电流参数等各方面考虑的。如果重新设计一个新的方案的花,可以在【最低BOM成本】【最高效率】【覆盖面积】等项中做选择。界面左下角,可以将生成的技术方案进行命名保存。这里,方案界面被分成了六个窗口,分别是【图表区】【原理图】【工作数值】【材料清单】【优化工具】【您的整个设计】。图表区有三个图表,如图:



分别是效率,频率响应和占空比关系图表。

这个设计的原理图如下:


它可以通过方案界面上面的【EXPORT】进行导出,如图:


WEBENCH支持目前主流的PCB软件工具,后面再介绍。

【工作数值】截图如下:这里的信息非常多,前面的参数可以通过后面的说明看到,这里不再一一解释了。




点击【材料清单】界面,系统会整个屏幕显示,这里可以将清单输出EXCEL表单,方便查阅,可以看到这里的BOM成本3.7美金。WEBENCH每个零件都给出了详细的信息,包括制造商,零件编号,数量,价格,属性,覆盖面积,3D效果中的顶视图等,如果手头没有某个元件,可以点击绿色按钮【选择替代零件】



这里用到了一个F104R类型的工字型电感,实际中也用到了,这个通常不便宜的

点击界面右上角的【优化选项】,进行优化后,系统会给出一些图表:如下图:



这三个图表分别是功率耗散、电路温度和频率、尺寸和效率图表,通过这些图表,可以更加详细地了解TPS54331芯片方案的各种参数。

(4) 生成设计报告和导出原理图

在整个芯片方案的右下角【您的整个设计】里面,可以打印设计报告,导出原理图。如图:



点击上面的【Design Documentation】就可以生成设计报告了,点击【SchematicCAD File Export】就可以导出原理图了。

设计报告以PDF文档的格式呈现,由方案整体描述、电路原理图、电气材料清单、图表、工作数值和设计输入参数等内容,通过设计报告,可以详细地分析该电源设计方案了。

点击导出原理图后,出现界面如下图:


这里本人习惯用Altium Designer,所以选择第一个选项,等待几秒钟后,会出现下图的提示:


提示信息就是:导出成功完成,可以点击绿色按钮【Downloadfile】进行下载了。点击下载按钮后,出现下面的界面,找打一个合适的路径,点确定保存即可


压缩文件里面内容比较多,截图如下:


这个工具的参考时间是以美国时间为准的,所以设计日期上面的时间总比国内差不多一天,这个压缩包里面,最重要的就是原理图文件了,其它的可以不管,用AD打开后,如下图:


图表很大,格式不规整,这个还得自己修改。新设计方案的话要注意这一点!

(5) 总结

使用这个工具设计电源部分是很方便的,一般在几分钟到几十分钟就可以得到一个框架和报告,再进行修改就简单了。如果从德州仪器官网或电源选型样本里面找到合适的芯片的话,最少也得半天时间才能搞定。通过设计报告,可以得到该芯片方案的全部信息:

方案采用TPS54331DR芯片,采用BUCK拓扑架构,BOM成本3.7美金,按照现价大约:23元。其中TPS54331DR 0.75美金,约5元。总功率:1.63W,面积大小558MM2BOM数量15个。通过以下图表可以得到,

当输出电流在500mA时,效率能达到75%以上,最大630mA时,效率接近78%,这个效率比一般的AMS117方案要好很多。下面是设计实物图片:
当时芯片采购价在10元/片(量不大,价格高一些),电阻、电感和电容元件花费在2元左右,可能是买的国货的原因。



【设计报告】
webench_design_1284796_1679_242151935.pdf
【设计原理图压缩包】
webench_schematic_exchange_design_1284796_1679_Altium.zip


gg5340
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  • 2013-9-23 09:50:34
 
自己顶一个!
世纪电源网-冬仔
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  • 2013-9-23 13:51:45
 
赞一个
gg5340
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  • 2013-9-24 09:23:38
 
yaiey1
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  • 2013-9-24 11:54:18
 
aomeixin
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助理工程师
  • 2013-9-24 10:18:52
 
做出实物图了 给力
gg5340
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高级工程师
  • 2013-9-24 10:52:12
 
呵呵,用过TI电源芯片不少,这个只是其中一个
aomeixin
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LV3
助理工程师
  • 2013-9-24 12:45:58
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楼主写的还真够细心的
heimei868
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  • 2013-9-24 11:25:32
 
点赞!值得学习!
tommycheng
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  • 2013-9-24 11:27:12
 
perfect!!!!!!
dxb0469
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高级工程师
  • 2013-9-24 11:30:58
 
是挺不错的!很有分享精神!
meeder
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高级工程师
  • 2013-9-24 11:42:38
 
https://bbs.21dianyuan.com/162482.html这个也不错
yaiey1
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  • 2013-9-24 12:20:58
 
论坛高手还是蛮多的
Merssi
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  • 2013-9-24 12:34:18
 
感谢楼主设计方案的分享!
suiehng
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占位学习
世纪电源网-冬仔
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大家都来学习吧
世纪电源网-冬仔
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副总工程师
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suiehng
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初级工程师
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这个效率偏低吧,浪费了
世纪电源网-阿戊
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高级工程师
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tommycheng
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  • 2013-9-24 22:17:38
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已经注册完TI账号,但是设计的时候还是提示我注册账号,晕死
世纪电源网-阿戊
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高级工程师
  • 2013-9-25 10:47:38
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你的信息没有填写完善!
你再检查一下!
youmasai
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初级工程师
最新回复
  • 2014-11-8 16:56:32
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谢谢楼主分享
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