硬體電路設計學習筆記2 降壓電源電路

2021-09-24 03:53:30 字數 2746 閱讀 9936

文章僅為個人理解,學習記錄,不必具備任何權威性,悉知。

電源電路對於整個電子系統的重要性是不言而喻的,以下是在學習過程中的總結

一般電源電路有這幾種型別:acdc,dcdc,ldo,其中dcdc又分為buck,boost,反極性boost。

其中降壓為ldo和buck。

1.ldo

關於ldo的描述這裡不做介紹,ldo是耗能型調整器,這種電源只能降壓只能降壓只能降壓。

ldo適用的情況是輸入輸出壓差小,工作電流小的電源電路。

為什麼ldo只適用於以上情況,這裡做下解釋。

p(ldo)=u*i=(u(in)-u(out))*iout

ldo的轉換效率為(p(in)-p(ldo))/p(in)=vout/vin

如輸入輸出壓差過大,pldo會很大,ldo耗能大發熱嚴重且轉換效率低。同理輸出電流過大,也會造成ldo耗能大。

以常用的ldo ams1117舉例應用,應用電路如下圖

ams1117額定電流1a, 1.5v≤ (vin - vout) ≤ 12v .

以上圖為例,i為1a;

電源轉換效率為:3.3/5=66%。

ldo耗能:p=ui=(5-3.3)*1=1.7w

ldo為發熱性元器件,layout時需考慮散熱。

2.buck

buck電路拓撲如下

當q1導通時電流圖如圖

1,給電容c充電;

2,給負載供電。

當q1關斷時電流圖如圖

1,電感放電為負載供電;

2,電容放電。

設q和d的壓降都為0,則1點電壓在q導通時電壓為vdc,設導通時間為ton,q關斷時電壓為0v,設關斷時間為toff。波形如圖。

週期t=ton+toff,開關頻率f=1/t。1點平均電壓為vdcton/t。1點電壓通過lc濾波電路輸出得到vout,則vout為無尖峰無紋波的直流電壓,幅值為vdcton/t。

當q為導通狀態時,v1=vdc,則ul=vdc-vout=l*(di/dt)。在連續工作模式時,電感的選擇應保證直流輸出電流為最小規定電流(額定負載電流的10%)時,電感電流也能保持連續。所以,在最小電流時,di/2=0.1iout,所以

di=0.2iout,dt=ton。

l=ton(vdc-vout)/0.2iout

因為vout=vdcton/t

l=5(vdc-vout)voutt/ioutvdc

由上式可知,t越小,l越小,f越大,l感值越小體積越小,f越高,濾波電容越小。

所以隨著開關頻率的增大,buck電路總體積變小。

buck轉換電路中,如使用理想器件其轉換效率可達100%,但在實際應用中,電晶體q和二極體d都存在壓降,會有功耗;同時二極體d反向恢復存在時間,會帶來明顯損耗,應使用反向恢復快的二極體,電路也存在交流損耗pac=2vdciout*ts/t(ts為開關時間),所以開關頻率越大,損耗越大。

開關頻率越大,體積越小,損耗越大,佈線及元器件要求越高,在設計buck電路時,需考慮選取。

輸出電容c並非理想電容,其等效電路如圖,對於低頻紋波(低於500khz)電流,l可忽略。

對於鋁電解電容而言,一般rc=50-80x10^(-6).esr=vrr/di, vrr為要求電壓紋波,可求得c值。

以lm26003為例,設計電路圖,如下圖。

已知vin=12v,vout=5v,iout=2a,工作頻率在200k-300k,vrr小於0.05v。求r1,r2,r5,l1,c7選型.

如上:r1/r2=3.045

所以r1取20.5k,r2取6.73k(不唯一)。

r5取133k,可得f=277khz,滿足條件

lmin=5(vdc-vout)voutt/ioutvdc=(575)/(21227710^3)=5.2uh

電感選型22uh 額定電流大於2a

電路搭好後,可利用示波器調整c值,直至最佳。

電源電路測試三個基本點:輸出電壓的大小,輸出電壓的紋波,及帶載能力。

在測試時,應關注以下幾個問題:1.帶載能力是否滿足需求?2.紋波是否和開關頻率一樣?3.過流保護點是否和設計一致。

電源需要測試階躍響應,主要體現負載突變時電源調整能力,若調節過快,反應過激,形成振盪可增大comp引腳電容,若反應遲鈍,可增大comp引腳電阻。

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