5V和9V稳压电路(GPS、摄像头、图传)

MP9943GQ-Z官方芯片手册地址:规格书 PDF 在线查看 - ICSpec

一、引脚介绍

MP9943GQ-Z芯片是QFN-8的封装,8个引脚,其功能如下表

|-----|---------|-------------------------------------------------------------------------------------|
| 引脚号 | 名称 | |
| 1 | FB | 反馈引脚。对输出电压通过电阻分压进行采样,从而和内部0.8V参考电压进行比较,稳定输出。 |
| 2 | VCC | 内部5V稳压的LDO输出引脚,就像AMS1117-5.0V的OUT输出引脚,用于给内部放大器等器件供电。 |
| 3 | EN/SYNC | ① 使能:EN/SYNC=0,内部停止转换,SW输出关闭;EN=1,正常转换和输出。 ② 同步:向EN/SYNC引脚施加外部时钟使用外部时钟,直接做为内部开关的时钟。 |
| 4 | BST | 自举。让高侧MOS管完全导通,Vsw完全等于Vin; |
| 5 | GND | 系统地。 |
| 6 | SW | 输出引脚。整个模块最终的输出引脚,区别于VCC(专给芯片内部供电),本例中输出稳压后的5V/9V |
| 7 | IN | 外部电源电压输(VBAT),4V~36V,通过U10和U11,8Pin的1.00mm端子接入。像AMS1117只有一个电源输入IN,就是这个引脚。 |
| 8 | PG | 电源良好。告诉外部,输出电压正常,可以做为电源供电,也可以进行后续操作。≥ 90%理论值就是正常值。 |

二、原理图

下图为8pin电源输入,从四合一电调板上来,RX接收电压、电流、故障等信息;SENS_CUR1接到飞控PC1模拟输入引脚,检测电压;PWM1-PWM4,使用定时器,输出PWM控制转速;

下图为飞控的5V和9V稳压电路,用于给GPS、摄像头、图传等模块供电。

飞控中5V/9V稳压电路,拓扑结构和官方手册中基本一致。下表中编号以飞控原理图为准。

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| 引脚号 | 名称 | |
| 1 | FB | 从电感输出侧通过一个41.2K(R16)和51k(R15)接回FB,并且这两个电阻中间引出通过一个电阻接地,整体构成T型网络。其中R16和R17串联分压,VFB = Vnodex = Vout × (R17 / (R16 + R17))。 输出电压越大,R17越小,反馈会FB引脚的电压越小,和内部基准电压一比较,过低的情况下就会抬高占空比,从而提升输出电压。 本飞控采用调节R17来改变分压,另外两个阻值和手册一致。 |
| 2 | VCC | 100nF电容接地,进行高频滤波,和手册一致。 |
| 3 | EN/SYNC | 通过1M电阻接VBAT,上电自动使能,让芯片可以正常转换输出。 |
| 4 | BST | SW通过100nF电容和20ohm电阻接回BST,和手册一致。 |
| 5 | GND | 直接接地。 |
| 6 | SW | SW通过一个10uH电感输出,并且电感输出端通过两个电容接地,100nF进行高频滤波,22uF进行负载的动态响应。 |
| 7 | IN | 核心原则:输入电容靠近稳压模块,输出电容靠近负载。 接外部Vin,同时通过两个47uf去耦电容(C39/C40)接地,C41、C42靠近负载。 使用两个47uf,而不是使用官方推荐的一个22uF,因为这样可以把纹波抑制到极低,同时更好的负载瞬态响应。 |
| 8 | PG | 通过100k电阻上拉到VCC,完成官方推荐的开漏输出配置。 |

三、补充

1、FB:

①VFB不是固定不变的,其Min: 778 mV, Max: 806 mV

②FB稳压过程:

·VFB > 0.8V → 内部误差放大器减小输出电压 → 占空比减小 → SW输出电压降低;

·VFB < 0.8V → 内部误差放大器增大输出电压 → 占空比提升 → SW输出电压升高;

2、VCC:

使用0.1µF至0.22µF电容去耦。所选电容值不得超过0.22µF。

3、EN/SYNC:None;

4、BST:

芯片内部有两个电源MOS管(高侧和低侧),组成同步降压(半桥),两个MOS管交替导通 , 一个把SW拉到VIN,一个把SW拉到GND。

理论上,Vgs > Vth,mos管导通,Vd=Vs。但是现实中器件不理想 ,Vgs > Vth时,只是刚好导通,Vs会略低于Vd;只有Vgs >> Vth,mos管完全导通,Vd = Vs(差的很少,可以忽略了)。而BST的作用,就是通过一个电容,在一半周期充能,在另一半周期叠加电源,形成二倍压,驱动让Vgs >> Vth,Vd = Vs。

需要在SW和BST引脚之间连接电容,以形成高侧开关驱动器的浮动电源。强烈建议在SW和BST电容之间放置一个20Ω电阻,以降低SW尖峰电压。

5、GND:

此引脚是稳压输出电压的参考地,PCB布局需特别注意。为获得最佳效果,请使用铜走线和过孔连接到GND。

6、SW:①两个容值更小的电容并联,等效电感(ESL)小于一个更大的电容。如100nF+22uF并联比单个47uF等效电感更小;②47uF谐振频率低,高频滤波不佳,特别是开关电路中中常见的Mhz频率;

7、IN:

需要使用C1对输入电源轨进行去耦。使用宽PCB走线连接。过大的输入电容容易触发过流保护,损坏器件;体积过大,价格更高,但纹波抑制提升效果微乎其微;

8、PG:

Power Good,输出良好引脚,此引脚输出为开漏,当输出电压超过标称电压的90%时,该引脚变为高电平。

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