吳振英，孟桂芳

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shè)備的各項指標。電源被廣泛應(yīng)用于軍事科研、電力系統(tǒng)、航天航空、計算機、家用電器等眾多領(lǐng)域中，它主要給電路提供電流和電能。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科技的迅速發(fā)展，在國防軍工、太陽能光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)、汽車電源等領(lǐng)域中，對電源的性能指標要求越來越高。為了節(jié)約成本，提高電路的效率，很多研發(fā)人員致力于功耗、效率、電源穩(wěn)定性等參數(shù)的研究。根據(jù)不同需求，本文對基于TLE7368-3E 直流轉(zhuǎn)換器的電源進行了設(shè)計及分析，TLE7368 這款芯片以其獨有的優(yōu)勢在許多領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。

1 系統(tǒng)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(fā)的一款多功能型電源芯片，芯片內(nèi)部主要集成了脈寬調(diào)制(PWM)控制器，線性穩(wěn)壓輸出(LDO)，Watchdog 看門狗電路等，并且TLE7368 級聯(lián)降壓轉(zhuǎn)換器與線性穩(wěn)壓器實現(xiàn)最低的功耗和電壓，該芯片允許電源可以在環(huán)境溫度較高的場合應(yīng)用。它的優(yōu)勢在于價格較低以及應(yīng)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(zhuǎn)換方式完成對整個控制系統(tǒng)的供電；第一級通過PWM 控制將24 V電壓轉(zhuǎn)為5.5 V，第二級再通過LDO 將5.5 V 電壓轉(zhuǎn)為5、3.3和1.5 V 以滿足各個領(lǐng)域中電路的各個芯片對電源的要求。TLE7368 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 TLE7368的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(yīng)系統(tǒng)，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(wěn)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(zhuǎn)換器的電源硬件方案設(shè)計

本文主要設(shè)計基于TLE7368-3E 直流轉(zhuǎn)換器的電源。由于日常電路中MCU 芯片的內(nèi)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(xiàn)對系統(tǒng)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(zhuǎn)換電路如圖3 所示。

圖3 電源轉(zhuǎn)換電路

我們從電源轉(zhuǎn)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(tǒng)供電，電源輸出電路主要給相關(guān)設(shè)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(tài)過壓保護電路、濾波電路、電源轉(zhuǎn)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(gòu)成，其工作原理是：當電源正負極性接反的時候，場效應(yīng)管Q1 不導(dǎo)通，則系統(tǒng)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(gòu)成，當輸入電源的電壓值發(fā)生變化時，通過濾波電路濾掉輸入電源中脈動成分，經(jīng)過濾波電容后可以提供平滑的電壓，保證了工作電源的穩(wěn)定性；電源監(jiān)測電路由R3、R4、C3 構(gòu)成，它們主要構(gòu)成電池電壓輸入反饋，經(jīng)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。

圖5 5.5~16 V輸入波形圖

圖6 5.5~32 V輸入波形圖

為了驗證輸入電源反接保護電路是否能達到預(yù)期的效果，我們通過儀器測試了一組電源反接時的波形。測得的電源反接波形如圖7 所示。

通過波形我們可以看到，圖像和實際設(shè)計的電路結(jié)果一致。

圖7 電源反接波形圖

2.2 電源輸出電路

(1)硬件電路介紹

典型的電源輸出電路一般由傳感器電源輸出電路、電源反饋電路、濾波電路等電路組成，本文主要對傳感器電源輸出電路進行介紹，我們選擇24 V 為傳感器輸出電壓，電路如圖8所示。

圖8 傳感器電源輸出電路

24 V_PWR 是 MCU 輸出控制信號，控制 Q3，Q3 就開始工作，產(chǎn)生24 V 輸出，再經(jīng)過磁珠及電容濾波之后給電路的各部分傳感器供電。如果輸出是多個傳感器，則可以采用相同的電路進行幾路電壓的輸出，滿足實際電路的要求。

(2)波形測試

圖9 5V輸出測試波形圖

圖10 24 V輸出測試波形圖

通過儀器測試，測得波形電源輸出電路如圖9、圖10 所示。圖9 為5 V 輸出測試波形，圖10 為24 V 輸出測試波形。

3 電源芯片輸出電流及功率計算

電源芯片輸出電流及功率計算如表1 所示。

表1 電源芯片輸出電流及功率計算

4 結(jié)束語

根據(jù)本文設(shè)計需求，設(shè)計了5、3.3 和1.5 V 的輸入電源和輸出電源，通過理論分析及波形的測試，TLE7368 滿足設(shè)計需求，證明了文中所設(shè)計的電源輸入輸出電路的可行性，取得了一定的成果，同時對電源的研究具有一定的參考意義[1-2]。

[1]林渭勛.現(xiàn)代電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]王志強．高頻開關(guān)電源[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2007.