【应用】国产5A大电流电源芯片AP2450应用于12V板卡，效率最高可达95%

时间： 2020-06-15 来源：世强

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某研究所的国产数据处理板，板卡形式为3U VPX类型，而且是处理器板+载板形式。板卡框图如下所示。

图 1 板卡框图

飞腾处理器板设计为模块形式，便于多个项目通用。载板按3U VPX规范进行设计，实现一些外围电路，从飞腾处理器引出了两路1000BASE-T的接口到背板连接器P1，作为背板通信接口；另外引出两路PCIex8高速接口，用于连接其他VPX板卡作为存储接口或者显示接口。飞腾处理器板设计为5V供电，而VPX板卡一般采用12V作为输入，所以需要在载板上进行12V到5V的转换。飞腾处理器功耗为15W左右，5V供电至少需要3A电流。对于进口电源器件，5A左右规格的型号很多，但是国产电源器件以前确很少有超过3A的。如果选用研究所的电源器件，则价格太高。在反复寻找后，发现伊凡微电子公司的AP2450可以满足该项目要求。

AP2450是国产厂家伊凡微电子公司的一款大电流DCDC电源芯片。具有3.8~38V的宽电压输入范围，输出电流最高可以达到5A，效率最高可达95%。而且内部集成了大电流的开关器件，可以有效缩小pcb布板面积，提高电源功率密度。性能上完全可以替代国外器件型号，如TPS54540。本文将介绍AP2450应用于12V板卡，并介绍在设计应用中的一些要点和注意事项。

其主要参数如下：

从上表可以看出，AP2450的输入电压最低为3.8V，最高为40V，覆盖了5V、12V、28V的常用电压范围，而该板卡输入电压为12V，适合使用；板卡需要的电流为3A左右，AP2450最大可以提供5A，有2A的余量，可以保证在某些突发情况下的瞬时大电流供应；输出电压范围0.8V-36V意味着器件可以用于如1.2V或者1.0V这类较低的电源供应场合，比如为DDR4供电，这里需要的是5V输出，也没问题；板卡的工作温度范围要求是-40~+80℃，AP2450的结温-40~+150℃完全满足需要；AP2450的开关频率范围是100~1100KHz，频率越高，需要的电感量越小，电感的体积也越小，可以减小PCB占用空间；封装SOP8也比较小。

此外，AP2450的效率曲线如下图所示。

图 2 AP2450效率曲线

从图上红色曲线可以看出，当输入为12V，输出为5V，且负载电流为3A时，AP2450的转换效率接近95%左右。

此外AP2450还有过流和过热保护，这些对电路的可靠性提供了进一步的保证。

经过对以上参数的分析和计算，我们决定用AP2450进行样板设计和测试。

AP2450的原理图设计如下所示。

图 3 AP2450原理图

从上图可以看出，AP2450的外围电路很简单。关键电路只需要几颗电阻电容就可以完成设计。

12V电源通过L15和C61、C62组成的LC滤波电路进行滤波，然后送入AP2450的2脚。D5用于防电源反接，避免12V因接反损坏AP2450。Z2是TVS，用来做浪涌保护，这里选择13V的TVS做过压保护，防止浪涌电压对电源造成干扰。输出端的L14用于防止负载产生的高频干扰通过AP2450反向回流到12V输入电源，对电源造成污染，影响其他设备工作。4脚外接的电阻用于设置AP2450的开关频率，这里取200K欧姆，设置的开关频率为500KHz。3脚是AP2450的使能引脚，该引脚可以连接到如MCU的GPIO，通过GPIO来控制AP2450的通断，这里直接上拉到12V，则在12V上电后AP2450就开始工作。

需要注意的是AP2450芯片底部有一块裸铜，如下图所示。需要将该裸铜连接到GND，以帮助AP2450进行散热。

图 4 AP2450 接地铜箔示意图

AP2450的pcb设计图如下所示。

图 5 AP2450 PCB设计图

在设计pcb时，和AP2450相关的器件需要紧靠AP2450放置（如图中黄框位置所示），特别是R72和R74反馈电阻，避免外界干扰造成输出电压波动。TVS要靠近电源输入的地方放置，如上图所示，以便能最好的吸收输入的浪涌电压，充分保护AP2450以及后面的负载。输入12V和输出5V（图中绿框所示）采用大面积铺铜，减小电流流过时产生的压降，也可以降低铜箔的温升，以便能更好地在高温环境（比如+80℃）中长时间工作。AP2450芯片底部的裸铜位置必须铺铜并添加多个过孔接地（如上图中红框位置），同时进行开窗，以便焊接时和AP2450的裸铜连在一起，帮助AP2450将热量尽快导入到GND，避免AP2450过热。

板卡的实物图如下所示。图中U9为AP2450，Z2为TVS二极管，D5为防反二极管。

图 6 AP2450板卡实物图

图中可以看出AP2450比一颗钽电容还要小很多，有效节约了PCB空间。

经过实际测试，AP2450在12V输入，5V输出3A电流时，效率可以达到92%，温升20度左右，输出纹波峰值在120mV左右，完全可以满足项目需要。

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