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工程常用电源电路设计集锦

时间:2012-11-05  来源:123485.com  作者:9stone

寻址Step Down Converter
(特征:IC容易取得价格低廉)
    图10使用历史相当长久的Step Down Converter控制IC,它的输入电压为8-16V ,输出电压为 5V 600MA。本Converter最大特点是价格低廉容易取得。图中的MC34063(On Semiconductor Co)动作频率被设为45KHZ ,因此线圈与电容器的外形可能会变大,不过只要印刷pattern设计得宜的话,上述问题对动作上尚不致构成困扰。
 
    必须注意的是类似新日本无线的NJM2360与NJM2374A,虽然是特性相同的IC,不过结构上却不相同,只有国家半导体的LM2574N-ADJ与Sunken的SAI01是寻址Step Down Converter用IC。

On Board电源用Step Down Converter
(特征:封装面积小,操作简易的DC-DC Converter)
    图11是利用寻址控制IC构成封装面积很小的Step Down Converter,它的输入电压为6-16V ,输出电压为 5V 450MA。
    图中的MAX738 IC为8pin的DIP封装,输入端的积层陶瓷电容C2 必需贴近IC的lead
否则无法顺利动作。本IC的动作频率为160-170KHZ 左右,因此周边的被动组件可以使用lead type。电容的等价串联阻抗必需使用低于0.5欧 的type;线圈的inductance为100UH 或是 33UH。

效率95%的超小型Step Down Converter
(特征:由5*5MM 的控制IC构成)
    如图12所示超小型Step Down Converter,是由外型尺寸为5*5MM  的IC与数个外置组件构成,本电 路内建两个power MOSFET属于同步整流type,它可以利用FBSEL端子的设定,使输出电压VOUT 作1.5 1.8 2.5V 三种切换。
 

可输出5-10V 低噪讯DC-DC Converter
(特征:适用于电池device等模拟电路电源)
    电池device的单电源,经常被要求必需能够提供OP增幅器的数个模拟电路正、电源,由于电流值相当低因此使用的组件数量相对很少。图13是输入电压为5V ,输出电压为10V 的DC-DC Converter,图中的MAX865是8 pin的μMAX封装内建CMOS charge pump的控制IC,它只要四个外置电容就可以 1.5-6V输入电源,制作两倍的正负电压,由于本电路未使用线圈,所以峰值电位(spike)的噪讯(noise)非常低。
 
    charge pump的电容C1 C2 必需使用低等价串联阻抗,耐压超过16V 以上的电容组件,因为加大容量时可以降低波动(ripple)电压提高效率。根据规格书(datasheet)的记载MAX865内部的输出阻抗,分别是正电压端为90欧 ,负输出为160欧 (输入为5V 时)。若流入5MA的负载电流时,正电压端会产生0.45V 的电压下降,负电压端则产生0.8V 的电压下降,要求无电压变动的电路可以采用MAX865并联连接,或是改用MAX743 type。此外V- 电路的负载电流较大时,基于保护电路等考虑,可以将shot key barrier二极管连接于V- 端子与GND 端子(第4 pin)之间。

可输出+5--  --5V 的DC-DC Converter
(特征:可辅助正电源系统得负电源需求)
    小型量测设备经常会有负电源需求,如果不需大电流容量时,可以使用charge pump的极性反转Converter。 图14的DC-DC Converter可以使5V 的极性反转,同时输入 –5V 50MA的电力,图中的MAX860是8 pin表面封装type控制IC;表2是表面封装type控制IC的规格一览。上述Converter的动作频率可设定成6K 50K 130K 三种形式,无小型化要求时可将 VC端子与输出端连接设定成130K  ,同时使用低容量的小型电容。图14的设定值为50KHZ ,输入电压范围为1.5-5V  ,输出阻抗为 12,最大负载电流为 50。如果希望利用负载降低电压时,可将MAX860并联连接 。
   
 
表2 极性反转型Step Down Converter控制IC的规格

可使电池电压上升的Step Up Converter
(特征:电池能量100%发挥)
使用二次电池驱动的可携式电子产品,要求即使电池电压下降亦能长时间动作,因此出现可将5V 的电池电压Step Up,输出200MA 的Converter(图15)。如表3所示具备上述功能的IC种类非常多,由于这类IC大多具有shut down端子(pin),因此可用logic level控制输出的ON/OFF。此外 即使shut down输出与输入也不会连通线圈,使得输入电压(电池电压)直接被输出。要求大电流的场合(case)建议改用流入线圈的峰值电流极小,而且又是固定频率的PWM type MAX1700 IC。
 
  
表3 Step Up Converter控制IC的规格 
 

高电压Step Down Converter
(特征:无变压器可使100-400V 直流电压转换成15V )
    如图16所示本Step Down Converter可将100V 以上高电压转换成 15V,由于本电路未使用变压器就可以获得低电压,因此使用上非常方便。设计规格如下所示:
>DC输入:100-400V 。
>DC输出:15V 200MA  。
 
    由于控制端子的电压高达5.7V ,所以输出电压无法低于5.7V ,输出电压VOUT 可以从ZenerVZ V二极管的电压 求得: VOUT=VZ+5.7
    图中的MIP0222SY与power MOSFET同样是三端子控制IC,内建有switching电源必需具备的所有功能,因此只需利用该IC就可以用简易的电路,形成高电压用Step Down Converter,值得一提的是与 同等级的产品有Power Integration公司开发的TOP222Y; 以外的同等级组件基本上可以从其它公司的产品型录中寻得。
    为了抑制线圈L1波动(ripple)电流,因此线圈必需大于必需1MH ,在L1 流动的最大电流值则是根据IC1 的最大电流规格设定成500MA 。当IC1 为ON时输入电压会流入D1 D2 ,因此必需选用耐压超过 400V的组件,此处考虑延迟(delaying)时间所以选用耐压600V 的type,若是要抑制switching损失的话,就必需使用高速、高效率、低损失的的二极管。
    如上所述由于输入电压非常高,所以波动电流也很高,此处为降低输出波动电压,所以输出电容必需尽量挑选低等价串联阻抗的type。

Memory Backup电源电路
(特征:即使系统电源OFF时,电源持续提供电力至内存)
    如果PC使用简易系统的话,一旦电源OFF时的内存电力也会一并被切断,造成储存于内存(Memory)内部的数据面临全毁的厄运。
    图17是电源OFF时仍旧可以维持SRAM电力的电路,当电源ON时镍氢二次电池进行充电动作,电源OFF时二次电池便自动释放电力。
 
    由于SRAM动作时的电源电压超过4.5V 以上无法将TR1 变更成二极管,所以利用VDROP 很小的PNP晶体管(transistor)构成switch。当电源OFF时SRAM的CE2 会变成L level成为待机状态。

World Wide输入,三频输出简易型Switching电源
(特征:利用内建Power MOSFET的单芯片控制IC获Switching电源)
    图18是数字、模拟混载系统用输入World Wide/三频输出,绝缘型Switching电源电路,它适用于10-45W 的device。
    本电源电路主要规格如下:
>AC输入: 85-264V
>DC输出1: 15V 1.5A
>DC输出2: -15V 200MA
>DC输出3: 5V 3A

图18 World Wide输入的Switching电源
(输入85 246V: ,DC输出1 15V 1.5A: ,DC输出2:-15V 200MA ,DC输出3:5V 3A ) 
    图中的MIP0224SY控制IC内建有switching电源必需具备的所有功能,此外本IC采用与Power MOSFET相同的三端子(pin)封装,动作上则属于一般电压模式(mode)fly back converter,因此内建于输出段的Power MOSFET drain耐压高达700V。
    使用MIP0224SY时只需注意耐压问题,就可以轻易获得制作上非常繁琐的绝缘型Switching电路。变压器的设计是最棘手的一环,建议读者利用Power Integration公司的网页,下载设计用Excel sheet就可以轻易设计变压器
    必需注意的是绝缘距离,尤其是适用的安全规范会随着用途有很大的差异,图18的电路是根据IEC60905规范设计。
    此外与市面上有许多与IC1 同等级的控制IC,例如Power Integration公司的TOP224Y就是典型代表,若使用TOP224Y的话就可以制作180W 的fly back converter。   

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