【RA】瑞萨MCU电源设计+493420A - 嘉立创EDA开源硬件平台

标准版【RA】瑞萨MCU电源设计+493420A

简介：基于瑞萨R7FA2E1A72DFL控制器的小功率（24W）、输出电压电流可调的BUCK变换器，内含两份原理图与PCB，分别为BUCK变换器和交互面板。上下两层，长排针叠板设计。

开源协议: GPL 3.0

创建时间： 2022-04-11 20:05:24

更新时间： 2022-05-05 10:51:31

描述

基于瑞萨R7FA2E1A72DFL控制器的小功率（24W）、输出电压电流可调的BUCK变换器

本设计为电压电流均可控的小功率降压变换器（24W）
采用瑞萨R7FA2E1A72DFL控制器设计，使用了PWM、ADC、SPI、GPIO四种外设
控制方案：对输出电流与输出电压进行ADC采样，进行双环PI控制，电压环为外环、电流环为内环
交互面板：模仿优利德可调电源设计，两个旋转编码器分别调节输出电压和输出电流，四个静音按键其中三个用来快捷切换输出参数、一个用于输出使能，以及一个输出使能指示灯。

图1 瑞萨mcu的io设置示意图

图2 交互面板正面

图3 交互面板背面

图4 buck变换器正面

图5 buck变换器背面

设计时的注意事项：

buck变换器的主要设计参数为滤波电感和输出滤波电容。

CCM工作模式下的滤波电感计算公式如下，

式中，Vin、Vo为输入、输出电压，T为开关周期，Io为额定输出电流，0.2表示电感电流纹波系数

CCM工作模式下的输出滤波电容计算公式如下，

式中，ΔU表示期望的纹波电压值，T为开关周期，Io为额定输出电流，0.2表示电感电流纹波系数，分母中的8为化简而来，无特殊含义

MOS管选型的几个关键参数：Qg、Coss、Vds。

Qg为栅极等效电容，MOS管的这一特性决定了栅极驱动电路中自举电容的取值；

Coss为等效输出电容，MOS管的这一特性决定了PWM死区的取值；

Vds为漏源耐压值，考虑到寄生电感的存在，Vds的选取应留出一定的裕量；

其它还要校核MOS管的通态电阻，热阻，功率耗散等。

若要用到MOS管的体二极管，还要注意其体二极管的相关参数。

其它碎碎念：

本设计采用12V的电源适配器供电，栅极驱动器供电直接取自输入电压，若需提高输入电压等级，请为栅极驱动器提供12V的供电。

本设计的电压采样电路和电流采样电路中均预置了有源的RC滤波电路，若adc采样的波形毛刺较多，可添加一定频率的低通滤波，一般为16kHz，电阻取10kΩ，电容取1nF。

本设计低侧采用MOS管代替整流二极管，设置合理的PWM死区时间，可实现下管的ZVS开通，提高效率。

本设计中，输入滤波电容贴近MOS管的漏极放置，以减小寄生电感。

本设计中，滤波电感靠近半桥中点放置，减小功率节点的铜皮面积，以降低天线效应。

本设计中，隔离了数字地和功率地，仅做单点连接以进行栅极驱动和信号采样。

图6 上管开通时的电流回路

图7 下管开通时的电流回路

图8 会发生突变的电流回路（PCB layout需额外注意）

图6、7、8引用自：PCB Layout Techniques of Buck Converter【https://fscdn.rohm.com/en/products/databook/applinote/ic/power/switching_regulator/converter_pcb_layout_appli-e.pdf】

烧录程序时，芯片进入SCI串口下载模式的操作方法：

拉低RST引脚，拉低BOOT引脚，拉高RST引脚，拉高BOOT引脚。

另外注意安装瑞萨的flash programmer工具时，用管理员方式打开，不然会报错。

程序编写参考本工程附件中的【RA2E1RA2L1入门指南】。

设计图

原理图

（ 1 / ）

SCH_【RA】瑞萨MCU电源设计V1.0+493420A
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SCH_【RA】瑞萨MCU电源面板V1.0+493420A
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PCB

（ 1 / ）

PCB_【RA】瑞萨MCU电源面板V1.3圆角布线
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PCB_【RA】瑞萨MCU电源设计V1.1_圆角布线
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BOM

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ID	Name	Designator	Footprint	Quantity
1	TSA343G00D-250J2	BOOT,RST1	SW-SMD_L4.0-W3.0-LS5.0	2
2	100nF	C1,C2,C3,C5,C6,C28,C29,C30,C31,C13,C32,C33,C34,C35,C38	C0603_SMALL	15
3	4.7uF	C4,C14,C15,C16,C17,C18,C19,C20,C21,C22,C23,C11	C0805_SMALL	12
4	1uF	C7,C9,C27	C0603_SMALL	3
5	22uF	C8,C10,C26	C0805_SMALL	3
6	100nF	C12	C0603	1
7	220uF	C24,C25	RAD-0.1	2
8	1nF	C32,C52	C0603_SMALL	2
9	SS1060HEWS-AU	D1,D2,D3	SOD-323HE_L2.0-W1.4-LS2.5-RD	3
10	DC-005-25A copy	DC1	DC-005-25A	1
11	UART	J1	HDR-M-2.54_1X4	1
12	HDR-M-2.54_1x16	J2,J1	HDR-M-2.54_1X16	2
13	200uH	L4	L130125	1
14	PWR-3V3	LED1	LED0603_SMALL	1
15	LED-0603_R	PWR-12V	LED0603_SMALL	1
16	ET6300	Q1,Q2	PDFN3333-8_L3.1-W3.2-P0.65-LS3.4-BL	2
17	50mΩ	R1	R1812	1
18	10K	R2,R3,R7,R8,R1,R12,R13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20	R0603_SMALL	14
19	10R	R4,R5,R6	R0603_SMALL	3
20	51K/0.1%	R9	R0603_SMALL	1
21	10k	R10,R11,R12,R15	R0603_SMALL	4
22	150K/0.1%	R28	R1206	1
23	2.54-4P	SWD1	CONN-SMD_2.54-4P-WT	1
24	R7FA2E1A72DFL#AA0	U1	LQFP-48_L7.0-W7.0-P0.50-LS9.0-BL	1
25	INA180A2IDBVR	U2	SOT-23-5_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.8-BR	1
26	EG2104	U3	SOP-8_L5.0-W4.0-P1.27-LS6.2-BL	1
27	AMS1117-3.3	U4	SOT-223-4_L6.5-W3.5-P2.30-LS7.0-BR	1
28	LTC8841XT5/R6	U5,U6,U7	SOT-23-5_L2.9-W1.6-P0.95-LS2.7-BR	3
29	M3螺丝孔	U8,U1,U2	M3孔	3
30	0.1u	C28,C31	C805	2
31	10u	C29,C30	C805	2
32	10nF	C36,C37,C40,C41	C0603_SMALL	4
33	LED-TH-3mm_G	LED1	LED-TH_BD3.0_GREEN	1
34	SR410361N	LED2,LED3	LED-SEG-TH_12P-L50.3-W19.0-P2.54-S15.24-BL	2
35	1K	R2	R0603_SMALL	1
36	TS-1199A-B-B	SW1,SW2,SW3,SW4	SW-SMD_L6.0-W6.0-P6.00-LS6.6	4
37	EC11	SW5,SW6	SW-TH_EC11XXXXXXXX	2
38	SN74HC595NSR	U6,U7	SOP-16_L10.3-W5.4-P1.27-LS7.8-BL	2