电源电路篇

电源电路篇

  • [一、LDO-Low Dropout Regulator(低压差线性稳压器)](#一、LDO-Low Dropout Regulator(低压差线性稳压器))
    • [1.1 AMS1117-3.3V芯片](#1.1 AMS1117-3.3V芯片)
  • [二、DCDC-Direct Current to Direct Current(开关稳压器)](#二、DCDC-Direct Current to Direct Current(开关稳压器))
    • [2.1 降压(Buck)电路](#2.1 降压(Buck)电路)
      • [2.1.1 TPS5450-5V芯片](#2.1.1 TPS5450-5V芯片)

一、LDO-Low Dropout Regulator(低压差线性稳压器)

  • LDO是一种线性稳压器 ,用于提供稳定的直流电压,相比于传统的线性稳压器,LDO的压降更低,可以在输入电压接近输出电压的情况下仍然稳定工作
  • 传统稳压器需要大于2V的压差才能正常工作,LDO仅需几十mV至几百mV的压降
  • LDO没有开关噪声(不同于开关电源),适用于对噪声敏感的模拟电路,且纹波低
  • 功率损耗较高 ,LDO内部相当于滑动变阻器,当芯片输出电压高于设定值时,增大阻值,反之减少阻值,其中能量以热量形式消耗,在高压差大电流的情况下发热严重
  • LDO静态功耗较低,所以适用于静态低功耗的场景
  • 常见的LDO芯片有AMS1117-3.3,AMS1117-5.0等等

1.1 AMS1117-3.3V芯片

  • 下图为使用AMS1117芯片5V降3.3V电路
  • VIN接5V输入 ,大电容10uF靠近输入端滤波,小电容100nF靠近芯片侧用于高频滤波,VOUT2-4引脚相连,输出同样用两个电容滤波,搭配LED灯电源检测

一般情况下,大电容靠近电源输入端VIN滤波滤除低频噪声,提供能量存储;小电容靠近芯片端(IC)和Vout端用于高频滤波,改善瞬态响应


二、DCDC-Direct Current to Direct Current(开关稳压器)

  • DCDC电路是直流转直流电路,将某直流电源转变为不同电压值的电路输出,分为升压(Boost)、降压(Buck)以及升降压(Buck-Boost)转换
  • DCDC转换器主要基于开关电源模式原理,通过高速开关 (如MOS管)和储能元件(电感、电容)来控制电能转换
  • 核心工作方式:
    1.开关管(MOS)高速开关 ,通常工作在几十kHz至几MHz
    2.电感/电容存储能量 ,在开关管的不同状态下充电或者放电 ,调整输出电压
    3.PWM控制 通过占空比调节输出电压大小
  • 其中瞬时电压毛刺会损坏器件,例如输入电压端加上开关,开关导通一瞬间电压较大,同时输出端接舵机,舵机转动瞬间也会有高电流,会引起电压超过设定值,同样输出还接了其他芯片,则可能会烧坏其余芯片。

2.1 降压(Buck)电路

  • 使用MOS管作为快速通断开关,并联电容作为滤波,储能元件
  • 输入12V 为例,MOS管的不停通断,会产生一个方波的Ua-12V最高,经过电感时,电感充电会降低负载电压 ,即Vout=Vin-UL ,得到Ub,再经过电容的滤波,变成一个较平滑的5V输出,同时电感的存在也为了抑制mos管通断时电容两端电压的突变,续流二极管用于使得电感和电容给负载在mos管关断时间续流,同时也保护了mos管
  • 电流部分:电感充放电过程电流不断变化,分流给IC和Ir,当电容充电,电流为正,电容放电,电流为负
  • 二极管给电感续流时,该电路为异步整流电路 ,使用mos管续流时,是同步整流电路,同步整流效率高,发热率低

2.1.1 TPS5450-5V芯片

  • TPS5450输入电压范围:5.5V-36V,支持12V、24V电源
  • 输出电压范围:可调1.22V-31V,最大输出电流5A
  • 效率可达95%
  • BOOT与PH 连接一个0.01uF至0.1uF的电容,提高开关管驱动能力,下图接0.01uF。NC悬空。VIN输入电压,使用电容滤波。ENA此处悬空开启(芯片手册)。PH连接外部电感和二极管。VSENSE为稳压器的反馈电压,连接到输出电压分压器。
  • 下图是铝电解电容、钽电容以及贴片电容的区别
  • 下图为各种电容的图片,便于区分
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