電源轉換電路設計與應用

李志強

（1.鄭州大學信息工程學院，河南鄭州450001；2.中國人民解放軍71834部隊保障部，河南滎陽450100）

在眾多硬件設計過程中，由于所選用電子電路模塊不同，所需電源往往有多個需求，在這些電源轉換過程中，通常是將輸入的單電源逐步轉換為所需的多種電源。本文設計了三種轉換電路，并通過了實際應用，效果良好。

1 LM2575開關電源專用模塊應用

考慮到5V電源的功耗，以及12V與5V之間的壓差，從12V到5V選擇使用開關電源，開關電源效率高，可以減少發熱量，特別適合在功率較大時。但開關電源也有其缺點，電路復雜、輸出紋波比較大。12V到5V的電源變換使用LM2575，LM2575是開關電源專用模塊。其輸出電壓值可以使固定的，也可以是可調整的。LM2575的后綴決定其輸出值，其輸出電壓有3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可調整）。LM2575所構成的電路為典型的BUCK電路，LM2575的內部框圖及基本連接圖如圖1所示。

圖3 5V轉3.3V電路

圖4 MAX3378功能圖

由LM2575的內部框圖及連接圖可以看出，LM2575的連接方式是標準的BUCK拓撲結構。R2與R1的反饋值決定了輸出電壓。在LM2575-3.3V中R2為1.7K，5V中R2為 3.1K，12V中 R2為 8.84K，15V中R2為11.3K，ADJ中R2是需要外接的。本電路中選擇LM2575-5V，直接輸出5V電源。電路原理圖如圖2所示。

2 SPX1117線性模擬電源模塊應用

在對3.3V電源要求比較高，但是功耗不是很大情況下，不必使用開關電源，應當用低壓差低的線性模擬電源（LDO）。合乎要求的LDO芯片有很多，Sipex半導體SPX1117是一種比較好的選擇，它的性價比較高，而且用一些其他產品可以直接進行替換，減少采購風險，圖3是利用SPX1117電源模塊將5V轉換為3.3V電路圖。

SPX1117為一款低功耗正向壓降的電壓調節器，其可以用在一些效率高、封裝小的低功耗設計中，此款芯片非常適合便攜式電腦及電池供電的應用中。PX1117有非常低的靜態電流，在滿負載輸出時壓差僅為1.1V。輸出電流減少時，靜態電流隨負載變化，自動提高效率。SPX1117輸出電壓可選，有1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V及5V的輸出電壓，輸出端只需一個10uF電容可有效地保證穩定性。SPX1117主要特點如下有：穩定的0.8A輸出電流、峰值1A穩定電流、3端可調節或固定電壓輸出、靜態電流低、輸出0.8A時低壓差只需1.1V、穩定及過流保護等。為了增加各個部分供電電源的穩定性，在各個部分增加濾波電容，在模擬與數字部分增加磁珠，減少相互之間的干擾。

3 MAX3378電平匹配模塊應用

在一些應用實例中多個模塊間邏輯電平和主控制器一致可以直接相連，但也存在一些模塊與主控制器間邏輯電平不一致情況，需增加電平匹配電路。電平匹配電路芯片選擇MAX3378，MAX3378是MAX公司出的一款低電壓的電平轉換芯片，提供±15kV的靜電保護，低功耗僅1uA，最高數據傳輸速率可達到16Mbps，主要的使用場合有SPI、I2C、智能讀卡器、便攜式POS系統、便攜式通信設備、低成本的串行接口、GPS、電訊設備等。

圖5 MAX3378應用電路

圖6 電平轉換部分電路原理

MAX3378有UCSP-12、TSSOP-14和TDFN-14等封裝形式，便于不同的應用。每片MAX3378中包含4個雙向的三態輸入輸出門，其每個三態輸入輸出門的功能圖如圖4所示。從功能圖中可以看出，在左右兩邊的IO口都是雙向的，既可以輸入又可以輸出，其輸出的邏輯電平由對應那邊的電源決定，如IO VL的輸出邏輯電平和VL一致，IO VCC的輸出邏輯電平和VCC一致。圖5是MAX3378的基本應用電路。

現舉一例，MAX3378在MFRC500讀卡器與意法半導體（ST）公司的STM32F103RCT6控制器之間使用，用來匹配兩邊的邏輯電平關系，MFRC500讀卡器必須使用5V供電，而控制器則需3.3V供電，原理圖如圖6所示，其中MFRC500與控制器之間需要15跟連線。為了增加射頻讀卡器模塊的通用性，在MFRC500與控制器之間增加MAX3378做為電平轉換部分，整個對MFRC500的控制通過控制器的PB口進行控制。