当前位置：首页 > news >正文

LED驱动电路（三）

news 2025/10/29 9:10:47

1、电源分类

如何实现开关电源

大概率（看电流大小，功率20W以上）

2、设计思路与步骤

假如给你一个方案：输入10-20V（额定12V），输出5V/2A.

可以从方案里看出这是一个DC-DC降压电源，所以：

1、从方案里分析，寻找适合的DCDC降压芯片

2、查找相应的数据手册，了解芯片原理

3、参考数据手册，画出电路原理图

4、查看手册，计算和选择电路中元件参数

5、设计PCB，焊接、实验、调试

3、查阅数据手册

1）搜索芯片手册，了解IC特性、参数

百度搜索芯片手册或者去嘉立创商城

立创商城_一站式电子元器件采购自营商城_嘉立创电子商城

假如找到了一款

手册第一页会有概述和主要特点

DCDC转换器芯片的基本功能：

DCDC转换器芯片的核心任务可以概括为一句话：高效、稳定地将一个直流电压值转换为另一个直流电压值。

具体来说，它的基本功能包括：

电压转换
- 降压（Buck）： 将输入电压（如12V、5V）转换为更低的输出电压（如3.3V、1.2V）。这是最常见的应用。
- 升压（Boost）： 将输入电压（如3.7V锂电池）转换为更高的输出电压（如5V、12V）。
- 升降压（Buck-Boost）： 无论输入电压是高于、低于或等于输出电压，都能稳定输出一个设定的电压。常用于电池供电设备，当电池电压随着放电而下降时，能维持恒定的输出电压。
- 反相（Inverting）： 产生一个负电压（如+5V输入，-5V输出）。
高效率能量传递
- 与传统的线性稳压器（如LDO）通过“燃烧”多余功率（以热的形式耗散）来降压不同，DCDC转换器采用开关模式。它通过快速打开和关闭（开关）一个MOSFET，并配合电感、电容等储能元件来传递能量，从而极大地减少了能量损耗。效率通常可以达到85%以上，甚至超过95%。
电压调节与稳定
- 芯片内部有精密的反馈控制环路（误差放大器、参考电压源等）。它会持续监测输出电压，并与一个稳定的内部参考电压进行比较。如果输出电压因负载或输入电压变化而波动，芯片会自动调整开关的时机（占空比），使输出电压牢牢稳定在设定值。
保护功能
- 现代DCDC芯片通常集成了多种保护功能，以提高系统的可靠性：
  - 过流保护（OCP）： 当输出电流超过安全值时，限制电流或关闭芯片，防止损坏。
  - 过温保护（OTP）： 当芯片结温超过安全阈值时，自动关闭输出，温度降低后恢复。
  - 欠压锁定（UVLO）： 当输入电压过低，无法保证芯片正常工作时，使芯片保持关闭状态，防止异常动作。
  - 过压保护（OVP）： 监测输出电压，在电压异常过高时采取保护措施。

DCDC转换器芯片的基本电路

DCDC转换器芯片要实现上述功能，必须与外部元器件构成一个完整的电路。这个基本电路通常被称为“开关电源拓扑”。我们以最常用的降压（Buck）转换器为例，说明其基本电路构成和工作原理。

降压（Buck）转换器基本电路框图

一个典型的异步降压转换器电路主要由以下几部分组成：

（这是一个简化的示意图，实际PCB布局和元件选择非常关键）

核心元器件及其作用：

DCDC控制器芯片（IC）： 这是整个电路的大脑。它内部包含：
- 开关管（通常是MOSFET）（有些芯片会内置）： 图中用开关符号表示，由芯片驱动。
- 误差放大器（有些芯片会内置）： 比较反馈电压和内部参考电压。
- PWM调制器（有些芯片会内置）： 根据误差放大器的结果，产生不同占空比的方波信号来控制开关管。
- 振荡器（有些芯片会内置）： 提供固定的开关频率。
- 参考电压源（有些芯片会内置）： 提供一个非常稳定的电压基准。
电感（L1）： 储能元件。当开关导通时，电能转化为磁能储存起来；当开关关闭时，磁能转化为电能继续向输出端供电。它和电容一起平滑电流，是实现电压转换的关键。
输出电容（Cout）： 滤波和储能元件。它进一步平滑电感输出的电流，减少输出电压的纹波，并在负载瞬时变化时提供或吸收电流，维持电压稳定。
续流二极管（D1）（或在同步整流方案中被另一个MOSFET取代）： 提供续流路径。当开关管关闭时，电感中的电流不能突变，二极管为电感电流提供一个持续的回路，防止产生高压尖峰。
反馈电阻网络（R1, R2）： 设置输出电压。它们组成一个分压器，将输出电压按比例（Vfb = Vout * R2/(R1+R2)）反馈给芯片的FB（反馈）引脚。芯片的目标就是让Vfb等于其内部的参考电压（如0.6V或0.8V）。因此，输出电压 Vout = Vref * (1 + R1/R2)。
输入电容（Cin）： 提供瞬时大电流并滤波。由于开关动作，输入电流是脉冲式的。输入电容放置在芯片附近，可以为开关管提供瞬间的大电流，同时吸收来自输入电源线的噪声，防止干扰前级电路。

简单工作原理（Buck电路）：

开关导通阶段： 芯片内部开关管闭合（ON）。输入电压 Vin 通过开关管和电感 L1 向负载供电，同时对输出电容 Cout 充电。此时，电流流过电感，电感储存磁能。二极管D1因反偏而截止。
开关关断阶段： 芯片内部开关管断开（OFF）。由于电感电流不能突变，它会产生一个反向电动势（左负右正），迫使电流继续按原方向流动。此时，二极管D1正偏导通（续流），为电感电流提供回路，电流流过电感、负载和二极管。
循环往复： 芯片以很高的频率（几十kHz到几MHz）重复开关动作。通过控制开关导通时间（Ton）与整个周期（T）的比例，即占空比（D = Ton / T），来调控输送给输出的平均能量。在理想情况下，Vout = D * Vin。

2）看曲线图

图3就是根据开关时间占空比来选择定时电容的大小

图7可以看出电流限制感应电压会随着环境温度的升高而线性下降。电流限制感应电压除以采样电阻等于限流阈值，当温度升高，输出电流不变，限流阈值越来越小，导致触发限流保护。

图8可以看出待机时的功率。

升压电路

线性调整率：175mA额定电流下，输出28V+30mV，30mV/28V=0.05%

负载调整率：输入空载75mA变成175mA，输出电压的最大变化量（波动）仅为 10毫伏。

负载调整率 是衡量电源（尤其是开关电源，如图中所示）在输出电流 发生变化时，维持输出电压 稳定能力的核心性能指标。

降压电路

7脚设置限流阈值，他接内部的电流采样，用内部电压0.3V/Rsc限流电阻0.33欧姆≈1A->限流1A

Ipk 是一个恒流源，它的主要作用是为芯片内部的峰值电流限制电路提供参考基准。当开关管的电流在导通期间逐渐增大，使得检测信号电压达到 Vref_Ipk时，比较器会立即翻转，强制关闭功率开关管，从而终止本次导通。

工作原理：

刚有输入电压时，电容Co无电压。OSC振荡器产生固定的时钟脉冲，该脉冲被直接送到SR触发器的S端（置位端）。每个脉冲的上升沿都会将触发器置位，使输出为高，从而导通开关管，开始对电感和输出电容充电。

开关管的关断由SR触发器的R端（复位端） 控制。R端的信号来自电流检测电路。在开关管导通后，电感电流线性上升，当电流检测电阻（Rsc）上的电压达到由误差放大器（Comp.）输出设定的阈值时，R端有效，使触发器复位，关断开关管。

进入稳态后，输出电压5V经分压得到反馈电压，与1.25V基准比较。如果输出电压偏高，误差放大器会输出一个更低的阈值电压，这使得开关管会在更小的峰值电流下关断，缩短导通时间，减小占空比，从而使输出电压降低，回归稳定。整个调节过程是通过动态调整每个周期内的关断时刻（峰值电流点） 来实现的，而非简单地完全禁止开关管工作。”

表格

升压降压反向