基于TLE7368-3E直流轉換器的電源設計及分析

2014-06-28 01:16:00吳振英孟桂芳

電源技術 2014年12期

吳振英，孟桂芳

(蘇州工業職業技術學院電子與通信工程系，江蘇蘇州215104)

電源是電路中不可缺少的重要部分，電源的好壞直接影響了電子設備的各項指標。電源被廣泛應用于軍事科研、電力系統、航天航空、計算機、家用電器等眾多領域中，它主要給電路提供電流和電能。隨著工農業生產和科技的迅速發展，在國防軍工、太陽能光伏獨立發電系統、汽車電源等領域中，對電源的性能指標要求越來越高。為了節約成本，提高電路的效率，很多研發人員致力于功耗、效率、電源穩定性等參數的研究。根據不同需求，本文對基于TLE7368-3E 直流轉換器的電源進行了設計及分析，TLE7368 這款芯片以其獨有的優勢在許多領域中獲得了廣泛應用。

1 系統介紹

1.1 TLE7368芯片介紹

TLE7368 是專用的為Infineon 高性能微控制單元開發的一款多功能型電源芯片，芯片內部主要集成了脈寬調制(PWM)控制器，線性穩壓輸出(LDO)，Watchdog 看門狗電路等，并且TLE7368 級聯降壓轉換器與線性穩壓器實現最低的功耗和電壓，該芯片允許電源可以在環境溫度較高的場合應用。它的優勢在于價格較低以及應用范圍較廣，可以用于航空能源、汽車電源等電路中。TLE7368 通過兩級電源的轉換方式完成對整個控制系統的供電；第一級通過PWM 控制將24 V電壓轉為5.5 V，第二級再通過LDO 將5.5 V 電壓轉為5、3.3和1.5 V 以滿足各個領域中電路的各個芯片對電源的要求。TLE7368 的內部結構如圖1 所示。

圖1 TLE7368的內部結構圖

本文中的直流變換器選用TLE7368-3E。它的主要特點有：高效的新一代微控制器的供應系統，4.5～45 V 的輸入電壓范圍；－40～+150 ℃的工作溫度范圍；較低的損耗；集成的線性穩壓器控制電路；硬件可選的輸出電壓為1.0 或2.6 V。

1.2 TLE7368-3E的電源測序圖

TLE7368-3E 的電源測序圖如圖2 所示。

圖2 TLE7368-3E的電源測序圖

2 TLE7368-3E直流轉換器的電源硬件方案設計

本文主要設計基于TLE7368-3E 直流轉換器的電源。由于日常電路中MCU 芯片的內核電壓不是一個固定的電壓值，有的芯片是1.5 V，有的芯片是3.3 V，而很多模塊的功能芯片的供電電壓為5 V，所以需要將蓄電池24 V 高電壓進行降壓處理以實現對系統的供電。它的主要作用是為電路的各部分提供合適的電源電壓。TLE7368-3E 芯片能滿足電壓變換的要求，電源轉換電路如圖3 所示。

圖3 電源轉換電路

我們從電源轉換電路中可以看出，該電路可以輸出5.5、3.3、1.5 V 三種不同的電壓。電路一般可分為電源輸入模塊和電源輸出模塊。其中電源輸入電路主要給控制器系統供電，電源輸出電路主要給相關設備供電。

2.1 電源輸入電路

(1)硬件電路介紹

電源輸入電路如圖4 所示。電源輸入電路包括輸入防反接保護電路、瞬態過壓保護電路、濾波電路、電源轉換電路、電源偵測電路、傳感器供電電路六部分。

圖4 電源輸入電路

其中輸入防反接保護電路由Q1、Z1、R2 構成，其工作原理是：當電源正負極性接反的時候，場效應管Q1 不導通，則系統無法正常上電，也就是當電源反接時電路不能正常工作；濾波電路由C1、C2 構成，當輸入電源的電壓值發生變化時，通過濾波電路濾掉輸入電源中脈動成分，經過濾波電容后可以提供平滑的電壓，保證了工作電源的穩定性；電源監測電路由R3、R4、C3 構成，它們主要構成電池電壓輸入反饋，經過R3、R4 分壓以及C3 濾波之后信號進入微處理器，進行電源電壓診斷及處理。

(2)波形測試

本電路以5.5 V 輸入為例進行電源輸入圖像的測試。我們分兩次進行測試，一組選取的輸入電壓從5.5～16 V；另外一組選取的輸入電壓從5.5～32 V，通過儀器測得波形如圖5、圖6所示。實際測試中我們還進行了多組不同輸入電壓的測量，由于篇幅有限，本文不再闡述。