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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

输出 5V 1.5A的Step Down Converter
(特征:利用免费web tool轻松设计周边组件)
    图19是利用monolithic switching regulator IC LM2576T-5.0,制作可输出5V 1.5A 的Step Down Converter,该Converter非常适用于利用24V 电源驱动 5V CPU主板等领域。
 
    有关L1、C2的最适值以及D1 的峰值电流,建议读者利用National Semiconductor公司的网页,下载“WEBENCH design program”的免费tool就可以轻易计算。该网页除了组件定数之外同时还会教导有关IC与二极管的具体名称,以及温度与动作的仿真分析与pattern的设计。
    必须注意的是L1 若不选择特洛伊酒桶型core无间隙type,或是类似pot core兼具磁气shield功能的组件时,强大的磁气噪讯(noise)可能会四处扩散;此外图中的C2 主要工作是频繁的充放电,因此必 须使用低ESR、抗ripple的电容。

输入World Wide,输出100W的改良型电路
(特征:AC输入电流的高频波电流低于规范值)
    图20是World Wide输入的改良型电路,该电路主要功能是将 输出的绝缘型Converter整流电路,置换并符合高频波规范值。本电路的设计规格如下:
>AC输入:85 -264V
>DC输出: 390V 300MA
 
    本电路属于电流间断型,因此非常适合应用于200W 以下低输出电源等领域。由于电感(inductance)LB 的电流间断流动,因此转流二极管的逆回复损失的影响很小,其结果连带造成switching损失与辐射噪讯也随着降低。此外最大电流是输入电流峰值的二倍以上,所以成为选择LB与Power MOSFET TR1 时的主要考虑因素。
    LB 在B-H  curve呈巨大的minor loop,因此必需使用低铁损的ferrite core,此外core要求很大间隙(gap),从该部位散发的磁束动乱,会造成卷线涡卷电流损失变大,所以必需使用编织线(litz wire)加以隔绝。
    本电路的动作为电流模式(mode),所以内建有过电流保护单元,问题是过电压保护,尤其是与第一pin连接的输出电压分压电阻,一旦open或是短路的话,输出会立刻变成高电压,而电容则遭到破坏,因此过电压保护单元使用TA76431S IC。虽然同等级的FA5500/FA5501(富士电机)具备完整的过电压保护对策,不过由于检测level太高,反而造成必需使用耐压超过450V 的平整电容的后果。
   事实上并无与上涨 IC1功能完全的同等级产品,而功能性的代替品同时也是业界标准品,分别有MC33261、FAN7527B、L6561、NJM2375等等可供选择。

锂离子二次电池的充电电路
(特征:以USB界面为电源)
    如果USB接口具备5V 500MA 的话,就能当作便利的电源使用,反之若超过500mA时,USB内部的breaker就会开始动作。
    图21是利用TI的bq24010 IC,串联构成锂离子二次电池的充电电路,该电路是以USB接口当作电源,因此系统一旦起动后电池的电压若低于4V 时,就会开始自动充电。最大充电电流I 可以利用REST 设定,为符合USB的规格,因此 RSET被设定成1.68K ,  I则被设定成 498MA。
 
    最大充电保留温度与最低充电保留温度,则分别利用电阻 RT1与 RT2设定成 60度与0度 。图22是上述充电电路与USB接口连接时,锂离子二次电池实际充电的特性。
   

两镍氢电池串联的充电电路
(特征:以USB界面为电源)
    图23是以USB为电源的两cell镍氢电池串联的充电电路,充电时电压若低于2.5V 时,会被视为满溢充电进而停止充电。Timer会以最大充电时间160分动作,当电池达60度 时就会停止充电。
 
    快速充电结束后会以C/32进行160分的补充电,接着再以C/64无期限持续进行pulse trickle充电。
    充电器利用-△V 或是△T/△t  检测出满溢充电时,每单位电池cell的充电电压会变成1.6V左右,由于主电源为5V因此本电路若三电池cell串联充电的话,就会显得相当吃力。
    图24是本电路的实测充电特性,由图可知两cell镍氢电池串联时的最大充电电压会上升至3V,由于单cell电池为1.5V所以三cell电池串联时的最大充电电高达4.5V。必 须注意的是系统内若设有上述电路的话,会因系统的驱动电流与布线阻抗产生噪讯,进而造成错误检测成满充电信号,为防止这类现象发生,因此必需将signal ground(S.GND)与power ground(G.GND)分开布线。
     

小容量简易绝缘电源电路
(特征:利用Timer IC 555驱动绝缘变压器
    图25是可应用于感测(sensor)的小容量绝缘电源电路。驱动 TR1的ON/OFF时间可用R1 R2 电阻调整,当R1=R2 时,理论上IC会输出50%的duty cycle矩形波,然而实际上有  TR1 OFF时的延迟,因此必需作微调。
   若从脉冲变压器的ET积求取TR1 的最大ON时间,就可以决定switching频率与必要的ON/OFF时间。ON的时间是由C1 与C3 决定。输出电压“H”时的充电时间t1(s),与“L” 时的放电时间t2(s)可利用下式求得:
 

Flash Memory写入用电源
(特征:OFF时电源line被ground short)
    图26是可以输出Flash Memory改写内容时,必要的 12V直流电压的电源电路。
写入控制信号为“H”时,输出VOUT 变成0V ,写入控制信号为“L”时,输出VOUT 变成11.8V ,未写入期间为提高噪讯耐性,所以将电源线与ground短路(short) ,VOUT 的升降则是利用控制输入端子控制。
 
    如果控制输入端子变成 5V的话,线性regulator M5237L的电压监控(monitor)输入(第三pin)电压会超过1.5V 以上,M5237L为阻止电流的吸入会将TR1 关闭(OFF),TR2 呈ON状使VOUT 与ground短路。
    如果控制输入端子为0V 时,上述第三pin的电位会变成1.26V并将电流吸入,当 TR1开启(ON),TR2 关闭(OFF)时, 就变成12V 。

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