宽输入高效率同步降压转换器 | HCR3235 100% 占空比外置PMOS 驱动工业级DC/DC转

01引言

HCR3235芯片概述与核心电气参数

HCR3235是禾芯荣半导体自主研发的一款宽输入电压、高效率同步降压DC/DC 转换器支持CV (恒压)和CC (恒流)两种工作模式。该器件内部集成了高侧PMOSFET(25mΩ@V_IN=12V/40mΩ@V_IN=5V)和低侧NMOSFET(25mΩ) ,并支持外部PMOS驱动以进一步降低导通压降。

1.1芯片关键参数

参数	规格	备注
输入电压范围	4.5V～30V	绝对最大值33V
输出电流能力	典型3.5A @5V输出	开关电流限制典型5A
开关频率	120KHz	固定频率
峰值效率	94%(@12V₁N→5V/3A)	同步整流架构
反馈电压精度	±2%	V_REF=1.22V(1.19~1.25V)
最大占空比	100%	支持dropout模式
轻载模式	PFM(自动切换)	提升轻载效率
封装	SOIC-8	R_θ_JA=60°C/W

1.2核心差异化优势

外部PMOS驱动(独有功能)支持在V₁n与SW之间并联外部PMOS,进一步降低导通压降，提升重载效率。PD引脚提供专用驱动，是同类产品中独有的扩展架构。

100%占空比适用于输入电压接近输出电压的极端场景，无需dropout电压裕量，在低压差工况下仍可维持输出稳定。

Hiccup短路保护输出短路时进入间歇工作模式(周期约475ms),大幅降低系统热应力，故障消除后自动恢复，适合无人值守工业场景。

PFM轻载模式轻载时自动切换至PFM模式，降低开关损耗，提升轻载效率，适应工业设备待机功耗要求。

02核心原理图设计(24 V→5V/3A)

输出电压设定、关键元件选型与电路架构逻辑

2.1输出电压设定

HCR3235反馈基准电压VREF典型值为1.22V(精度±2%) 。

_V_OUT_=V_REF_×(1+_R_FB1_/R_FB2₎

推荐配置(1%精度电阻):R_FB2=39kΩ,R_FB1≈120kΩ (计算值得121kΩ, 取标准值120kΩ)。

_V_OUT_{=1.22V×(1+120/39)=1.22V×4.077≈4.97V(偏差-0.6%,满足±2%)}

设计提示
在R_FB1上并联一个小电容(10pF~100pF)可改善系统稳定性和瞬态响应。数据手册还指出，通用DC/DC应用建议R_FB1取值10kΩ~30ko以减小线损补偿影响四。

2.2关键外围元件选型

元件	推荐规格	设计依据
输入电容C_IN	22μF~47μF/35V(X7R)	靠近IN引脚；陶瓷电容需考虑DC偏置下的容量衰减
输出电容C_OUT	22μF-100μF/10V(低ESR)	建议2颗22μF陶瓷并联
功率电感L1	33μH~47μH/Isat≥4.5A	DCR建议<50mQ,屏蔽型
EN分压	100kΩ+27kΩ	EN耐压最大6V,分压约5.1V(安全范围)
稳定性补偿	10pF~100pF	并联于R_FB1两端

电感计算(取△I_L≈0.8A,f_sw=120KHz):

_L=V_OUT_×(V_IN_-V_OUT_)/(V_IN_×_△_I_L_×f_SW_)=5×(24-5)_/_(24×₀_.8×120k)≈₄₁_μ_H

2.3原理图架构逻辑

功率回路VIN→CIN→IC(IN/SW)→L1→CouT→GND

反馈回路VouT→RFB1→FB引脚→RFB2→信号地(单点接地)

可选增强若需突破3.5A限流，可在V₁n与sw间并联P-MOS (如HCR3401P),由PD引脚驱动

HCR3235典型应用电路(24V→5V/3A,无外部PMOS)

03PCB布局设计准则

输出电压设定、关键元件选型与电路架构逻辑严格遵循以下布局准则，确保EMI性能与热可靠性!

ID	Name	Design ator	Footprint	Quantity
1	HCR3235	U1	SOIC-8	1
2	390K	R1	R0603	1
3	100K	R2	R0603	1
4	39K	R3	R06031%	1
5	120K	R4	R0603 1%	1
6	10R	R5	R0603	1
7	100uF/50V	C1	电解电容（低ESR）	1
8	104P/50V	C2 C4	电解电容（X7R）	2
9	1nF	C3	C0603	1
10	220uF/25V	C5	电解电容（低ESR）	1
11	HCR3401P	Q1	SOT23 PMOS管	1
12	33uH	L1	8mm*8mm	1

3.1最小化功率回路面积

由CIN、IN、SW、L1和GND构成的交流电流回路(Hot Loop)

必须做到面积最小，这是降低EMI辐射的根本。

3.2输入电容就近摆放

CIN负极必须通过宽铜皮或过孔阵列紧贴IC的GND引脚(Pin 7/8)返回，路径越短越好。

3.3单点接地(星型接地)

反馈电阻分压中心点用独立走线接至FB 引脚，分压电阻地端单独引线至信号地(SGND),严禁直接接功率地大电流路径。

3.4散热处理

Pin7/8 (GND)铜皮加宽并打大量过孔连接至底层敷钢，辅助散热。建议GND覆铜面积≥200mm²。

04竞品深度对比分析

MP1584/TPS5430/XL4015/LM2596逐一拆解

MP1584

Monolithic Power Systems(美国)

基本参数

输入电压4.5V~28V,标称3A输出电流，开关频率可编程100kHz~1.5MHz，FB基准电压0.8V，最高效率可达96%^[2]。

元件	规格	说明
CIN	10μF~22μF(低ESR陶瓷)	靠近VIN和PGND引脚，可并联100nF
CaST	0.1μF	BST与SW引脚之间，耐压高于输入电压
L1	10μH~22μH	饱和电流需大于最大输出电流+纹波峰值(留30%-50%裕量)
CouT	20μF~100μF	建议大容量与小容量并联
D1(肖特基)	1A/40V(如SS14)	强烈建议外部并联以降低导通损耗

输出电压公式：VOUT=0.8V×(1+R1/R2)

设计注意事项

EN引脚使能电压需在3V-6V以内；官方电路针对12V以上没问题，但5V输入时EN电压过低会导致不工作耐压仅28V,29V输入加负载芯片即损坏；工业24V环境使用有风险标称3A 输出，实测2A发热尚可，再大发热严重空载电流仅0.37mA,空载或轻载时输出为锯齿波

PCB布局核心要点

SW节点是整板EMI主要来源，不当走线可使输出噪声增加3倍以上。

回路类型	差布局	好布局	噪声降低
输入回路	320mm²	45mm²	68%
续流回路	280mm²	30mm²	72%
自举回路	150mm²	25mm²	65%

实测数据

输出纹波：<30 mV

效率：某车型中控屏供电方案中，12V→5V/2.5A 实测效率92%,温升仅15℃

短路保护：短路电流阈值4.87A

TPS5430

Texas Instruments(美国)

基本参数

输入电压5.5V~36V,输出电流3A (峰值5A),开关频率500kHz,FB基准电压1.22V(精度±1.5%)^[3]。

参数修正

TPS5430的反馈基准电压为1.22V(TI官方产品页标注”Adjustable Downto1.22V With1.5%Initial Accuracy”),而非部分资料中的0.87V。输出电压公式应为VOUT=1.22V×(1+R1/R2)^[3]

原理图要点

输入滤波：低ESR电解电容(100μF/50V)+高频陶瓷旁路(100nF X7R+10μF X5R并联)

输出滤波：屏蔽式功率电感(10~22μH,饱和电流≥4.5A)+低ESR固态电容(470μF/16V)+陶瓷电容(22μF×2)

反馈网络：高精度(0.1%) 金属膜电阻

BOOT引脚：自举二极管(如SS14)+自举电容(0.1μF X7R)

EN引脚：RC延时电路或MCU可控电平

PCB布局要点

四层板结构(Top-Signal/GND/PWR/Bottom-Signal)，第二层为完整连续接地平面

功率回路严格约束在顶层短距走线

SW节点铜箔加宽至2mm以上，避免过孔分割

IC底部PowerPAD通过不少于8个热过孔连接至内层GND平面

敏感信号(FB、COMP、RT)走线远离SW、VIN等高频噪声源，并采用包地处理

实测数据

输出纹波：正电压约24mV,负电压约40mV

实际效率：并非官方标称的95%,实测约88%

效率曲线：1A左右效率最高，电流变大或变小效率都会降低

布局不佳时，空载纹波看不出问题，一带载纹波就明显增大

XL4015

芯龙半导体(国产)

基本参数

输入电压8V~36V,输出电流5A,开关频率180kHz,FB基准电压1.25V。非同步整流方案，需外接续流二极管。

原理图要点

参考芯片官方手册XL4015 DEMO board manual

立创开源平台有完整的XL4015E1原理图和PCB设计

PCB尺寸可做到25mm×50mm

实测数据

效率：24V转5V时约92 %

热性能：24V输入、5V/3A 输出时，芯片表面温度约65℃(环境25°℃)

长期工作建议控制在3A以内(标称5A)

峰值效率：96%

选型优势

相比LM2596,XL4015温度更低、效率更高、电流更大；正品约4元，性价比突出。立创开源项目提供了空载、1A、3A、5A负载波形供参考。

LM2596

ON Semiconductor/TI(美国)

基本参数

输入电压4.5V~40V,输出电流3A,开关频率150kHz, FB基准电压1.23V^【⁴^】。非同步整流方案，必须外接续流二极管(如1N5822、SS34、SB360等3A以上肖特基二极管)。

元件	规格	说明
输入电容C1	≥22μF(建议100μF),耐压>Vin_max×1.5	低ESR电解+陶瓷并联
续流二极管D	3A以上肖特基(1N5822/SS34/SB360)	阴极接SW引脚
功率电感L	33μH-100μH(典型47μH)	饱和电流>输出电流×1.5
输出电容C2	≥100μF	低ESR电解+10μF陶瓷

输出电压公式：VOUT=1.23V×(1+R1/R2)

PCB布局核心要点

输入电容必须紧贴Vin和GND引脚(<5mm ),减小开关环路面积

SW节点最小化：SW引脚→电感→二极管的路径尽可能短

单点接地(星型接地):输入电容地、芯片GND、二极管地、输出电容地汇聚到一点

反馈电阻靠近 FB引脚放置，远离电感和二极管

芯片底部散热焊盘大面积敷铜并打散热过孔

实测数据与注意事项

效率：最高约90%(输入25V,输出12V);12V输入、5V/3A输出时效率约73%~90%

轻载波形：负载较小时，输出波形呈现导通、截止和高阻自由震荡三个阶段

真伪辨别：市面很多LM2596实际是LM2576(52kHz)打磨后重新印字，用示波器测开关纹波频率可辨别真伪

05综合对比一览

五款芯片全维度横向对比

对比维度	HCR3235	MP1584	TPS5430	XL4015	LM2596
厂商	禾芯荣(国产)	MPS(美国)	TI(美国)	芯龙(国产)	NS/TI(美国)
输入电压	4.5V~30V	4.5V~28V	5.5V~36V	8V~36V	4.5V~40V
输出电流	3.5A(典型)	3A	3A(峰值5A)	5A	3A
开关频率	120KHz	500KHz~1.5MHz	500KHz	180KHz	150KHz
同步整流	是	是	是	否	否
外部PMOS驱动	独有	否	否	否	否
100%占空比	支持	否	否	否	否
短路保护	Hiccup	限流	限流	限流	限流
FB基准	1.22V	0.8V	1.22V	1.25V	1.23V
实测效率	94%	92-96%	~88%	92-96%	~73~90%
实测纹波	一	<30mv	~24mV	一	一
PCB难度	中(120KHz)	高(1.5MHz)	中	中	低

图1:五款芯片多维度雷达对比(满分10分)

以下三组柱状图分别对比输入电压范围、峰值效率和输出电流能力：图2:输入电压范围对比(V)

图3:峰值效率对比(%)

图4:输出电流能力对比(A)

06选型建议

基于应用场景的芯片推荐

工业24V→5V/3A, 追求高效率与保护完善

HCR3235

94% 效率、Hiccup保护、外部PMOS可扩100%占空比。

汽车级、高可靠性要求

TPS5430

TI 汽车级认证、完善的保护功能、36V宽输入。

经典低成本方案

LM2596

成熟稳定、外围简单、电压范围宽(4.5~40 V)。

小体积、中低频需求

MP15841.5MHz高频可减小电感体积，适合空间受限场景。

大电流(5A) 输出需求

XL40155A 输出能力、性价比高(正品约4元)。

需要dropout模式(输入接近输出)

HCR3235100%占空比支持，低压差工况下仍可维持输出稳定。

07设计资源获取建议

开源项目、技术文档与学习资源

立创开源硬件平台

oshwhub.com 一搜索芯片型号可找到大量开源原理图/PCB设计，含XL4015E1完整方案。

CSDN/ 21ic下载频道提供AD格式的原理图、PCB源文件、Gerber, 涵盖多款芯片的参考设计。

芯片原厂官网TI(TPS5430)、MPS(MP1584)、芯龙( XL4015)均有官方DEMO板资料和完整数据手册。

B站视频教程搜索”XL4015 原理图 PCB”等关键词有详细视频讲解，适合入门学习。

08总结

HCR3235 差异化优势与设计要点回顾

HCR3235凭借4.5V~30V宽输入电压范围、高达94%的转换效率、独有的外部PMOS驱动架构、100%占空比支持以及完善的Hiccup短路保护机制，在2 4V转5V/3A的工业级应用场景中，相比MP1584、TPS5430、XL4015、LM2596等竞品具有显著差异化优势。

设计要点回顾

功率回路面积最小化：CIN→IN→SW→L→GND回路是EMI控制的核心

EN引脚分压安全范围：必须低于6V最大耐压(100kΩ+27kQ分压约5.1V)

反馈电阻精度：使用1%电阻，R_FB1=120kΩ/R_FB2=39kΩ,输出4.97V

散热设计：GND覆铜≥200mm²+散热过孔阵列，高温环境降额或加外部PMOS

电感选型：47μH屏蔽型，饱和电流≥4.5A,DCR<50mΩ

参考资料

1.HCR Semiconductor,HCR3235 Datasheet-3.5A,3 0V,120KHz Synchronous Step-Down Converter with External PMOS Driver、提供电气参数、引脚定义、典型应用电路及 PCB布局指南。

https://www.hcrsemi.com/product/hcdp3235/

2.MPS(Monolithic Power Systems),MP1584 Datasheet-3A,1.5MHz,28V Step-Down Converter.提供4.5V-28V输入、3A输出、可编程频率等规格。

https://www.monolithicpower.com/en/mp1584.html

3.Texas Instruments,TPS5430 Product Page-5.5V to

36V Input,3A,500kHz Step-Down Converter.反馈基准1.22V,精度±1.5%。

https:/ /www.ti.com/product/TPS5430

4.onsemi,LM2596 Datasheet—3.0A Step-Down Switching Regulator.输入4.5V-40V,3A 输出，150kHz开关频率，FB基准1.23V。

https:/www.onsemi.com/download/data-sheet/pdf/Lm2596-d.pdf

本技术笔记基于HCR3235数据手册及竞品公开资料编写，参数均以各厂商最新数据手册为准。竞品实测数据来源于工程实践，仅供参考。

宽输入高效率同步降压转换器 | HCR3235 100% 占空比外置PMOS 驱动工业级DC/DC转

01引言

HCR3235芯片概述与核心电气参数

1.1芯片关键参数

1.2核心差异化优势

02核心原理图设计(24 V→5V/3A)

输出电压设定、关键元件选型与电路架构逻辑

2.1输出电压设定

2.2关键外围元件选型

2.3原理图架构逻辑

HCR3235典型应用电路(24V→5V/3A,无外部PMOS)

03PCB布局设计准则

3.1最小化功率回路面积

3.2输入电容就近摆放

3.3单点接地(星型接地)

3.4散热处理

04竞品深度对比分析

MP1584/TPS5430/XL4015/LM2596逐一拆解

MP1584

TPS5430

XL4015

LM2596

05综合对比一览

五款芯片全维度横向对比

06选型建议

基于应用场景的芯片推荐

07设计资源获取建议

开源项目、技术文档与学习资源

08总结

HCR3235 差异化优势与设计要点回顾

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