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電源DIY經驗分享:低壓直流伺服電源設計全解

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電源DIY經驗分享:低壓直流伺服電源設計全解

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2021/04/13
瀏覽量

       今天和大家分享一下自己設計的一款低壓直流伺服驅動器的電源設計,采用了ti的寬輸入電壓范圍(7.5V至100V)dcdc芯片LM5017和升壓芯片LM2731,價格實惠,且供貨穩定,對于低壓直流伺服的成本控制有極大好處。

       首先講下我的設計思路,我設計的電源部分主要有12V,5V和3.3V三種電源,分別給MOS驅動,電機反饋電路以及MCU等器件供電,自己大致估算了下各個電源所需功耗如下:12V驅動電路最大不超過50mA,5V輸出給反饋供電不超過200mA;同時5V經過LDO轉為3.3V給MCU以及其他電路供電,所需電流不超過80mA.所以整個驅動器總消耗功率為:

       12*0.05+5*(0.2+0.08)=2W,考慮電源轉換效率假設為70%,設計的電源輸出功率應為:2/0.7=2.857W.

       由于低壓直流伺服驅動器輸入電源需要兼容12V,24V,48V,72V等不同電源,因此需要選用輸入范圍比較寬的芯片,LM5017輸入范圍滿足該設計需求,可調輸出5V電壓,輸出電流可達600mA,輸出功率大于2.875W,滿足使用要求。然后5V電壓一路通過AMS1117-3.3穩壓芯片轉換成3.3V電壓,另外一路通過升壓芯片LM2731轉換成12V電壓驅動mos管。下面簡單介紹下這兩款DCDC芯片用法。

       LM5017芯片資料介紹,芯片集成了100V高側和低側MOS開關,外部無需肖特基二極管,FB腳為1.225V的基準電壓,2%的反饋基準電壓精度,開關頻率可調至1MHz,可調低壓閉鎖保護,具有遠程關斷和熱關斷功能。

       芯片引腳介紹,2腳是電源輸入引腳,3腳為電源電壓檢測,一般通過兩個電阻分壓接入,如果電源電壓經過電阻分壓接入3腳的電壓大于1.225V,則芯片開啟工作,如果該腳輸入電壓低于0.66V時,芯片處于關閉模式。RON引腳接電阻到電源輸入端,該電阻阻值決定了芯片開啟時間,建議值為100ns。VCC為芯片內部輸出電源,一般為7.6V,用于驅動外部MOS管所需。BST和SW腳之間外接0.01uF陶瓷電容,它由VCC通過內部二極管充電的,具體可以看芯片內部框圖。


 
芯片內部框圖

       主要參數介紹,通過該表格我們清楚了解到該芯片輸出電流限制值,欠壓輸入鎖定值,內部VCC調壓器輸出值等參數,為我們設計提供重要參考。

 
電路設計原理

主要元件選型及計算,通過R20,R21,C219組成反饋電路得出輸出電壓為:
       VO=1.225*(3.3+1)/1≈5.3V

輸入電壓最低為:
       Vin=1.225*(100+10)/10≈13.5V

開關頻率為:
       Fsw=5.3/(0.499*0.00009)≈118KHz
       要求在最大輸入電壓95V下電感輸出最大電流紋波=0.4*Iout=0.24A
       則電感選擇:L=(95-5.3)*5.3/95/118/0.24≈180uH
       要求輸入電壓變化范圍為50-45=5,輸入電容選擇:C=1/4/118/5≈0.47uF
       要求輸出電壓紋波為10mV,則輸出電容選擇:C=0.24/8/118/0.01≈27uF,為了進一步減少電壓紋波可以適當加大輸出電容。

       由R301,C224,C225組成III型紋波電路,更好的降低電路輸出紋波,使后面的電路工作更加穩定可靠。

       LM2731芯片資料介紹,由于MOS管驅動所需電流不大,這里采用升壓芯片將5V升至12左右去驅動,且該芯片體積小,所需外圍器件也少,成本也低,這對于低壓直流伺服驅動器成本設計和空間尺寸設計都有很大幫助;另外一個好處就是,如果產品所要求輸出的5V功率不夠,可以直接更換LM5017芯片即可,而升壓這部分電路可以保持不變的,何樂而不為呢。

       該芯片內部集成MOS管,開關頻率有兩種:1.6MHz和0.6MHz,可以通過外部管腳配置,輸入電壓2.7V到14V,輸出可以最大可以到20V,開關電流高達1.8A。

       芯片引腳介紹,FB腳基準電壓為1.23V,VIN為電源輸入腳,設計的輸入為5V電壓,SHDN腳為低電平關閉,設計接一個電阻到電源端,SW腳為開關輸出腳,通過芯片內部框圖可知該腳為開漏輸出,外部電感一端接電源,另一端接該腳,存儲能量,電壓才能上去。

 
芯片內部框圖

 

       主要參數介紹,通過下面參數表我們可以知道芯片的輸入電壓范圍,輸出電壓,靜態工作電流,開關電流限制以及開關頻率等參數,這些對我們設計電路很有幫助,需要仔細了解并掌握。

 
電路設計原理

       主要元件選型及計算,通過R275,R276,C211組成反饋電路得出輸出電壓為:VO=1.23*(120+12)/12≈13.5V

       雖然芯片內部有補償,但是C211也不可缺少,有助于穩定電壓輸出。

       該電容選擇:C=1/2/3.14/120/6≈220pF

       選擇的芯片為后綴帶X,則開關頻率為1.6MHz

       輸入電容常用2.2uF,而輸出電容常用為10uF,可根據實際應用負載以及紋波要求情況適當加大輸出電容。

       D19選擇反向耐壓大于20V的肖特基二極管,正向平均電流需要大于0.5A為好。

       以上設計及觀點純屬個人,該電路已經成功應用于實際產品中,得到廣大客戶的一致好評,大家有什么意見,歡迎一起討論討論。

       愛浦電子-模塊電源制作專家提醒您,本文章來自網絡,我們對文中觀點保存中立,對所包含內容的準確性、可靠性不提供任何明示或者暗示的保證,并不對文章的觀點負責。版權屬于原作者。

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