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USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

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開篇緒論

用元器件搭建一個小功率的電源模組,可以直接插在電腦的USB介面。不僅能實現降壓,同時也可以升壓,得到我們想要的常用電壓源,甚至能實現正負電壓源,按照這個思路從原理圖開始做起。歡迎大家一起來討論,如果能給大家帶來樂趣的同時,也讓大家從中收穫更多的知識,未來還會分享我做過的各種DIY小玩意兒。

本貼用來彙總大家DIY問題中所遇到的所有技術問題,也包括元器件的購買問題。大家可以把遇到的問題在此帖子下羅列,我每天review大家的問題,並進行回覆,也方便給大家問題備份與回顧。

DIY主題

DIY活動:從零開始一起製作USB多路輸出電源。

下面就來給大家一步一步展示怎麼從無到有設計 焊接 製作的。

一般我們用的電腦,它的USB輸出是5V左右,不同的電腦,輸出電流也會有所不同(桌上型電腦、標壓版筆記本、低功耗版筆記本)。在開篇前要說明一下,一般的電腦USB供電輸出電流0。5A,這個具體要看電腦的配置。我們這個專案,要求單個電源的最大帶載能力為0。5A。

第一步:原理圖設計

首先第一步,要進行原理圖的設計了。

做幾個比較常用的直流電壓。先將USB_5V用Boost電路升壓到12V,然後再分別降到5V和3。3V。我們這個板子還做了2個負壓電源,用USB_5V降壓至-12V,再用-12V升壓到-5V。

5V_USB --> 12V, 0.5A

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

如上圖所示,BOOST晶片我們選用的是一顆國產MT3540型號的晶片,廠家也給出了這款晶片的推薦電路,這款晶片的頻率f=1。2MHz。首先要經過BOOST電路進行升壓,將5V轉成12V。

計算分壓電阻

需要有幾個元器件的引數需要進一步確認。由於輸出電壓Vout是12V,FB電壓反饋腳的電阻值需要根據輸出電壓來進行匹配。透過檢視資料手冊,我們知道Vfb=1。2V。

根據電阻分壓公式,另外,還要考慮迴路的阻抗,我們可以計算出R1 R2的阻值。

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

Boost伏秒平衡推導

根據Boost電路的拓撲結構,來分析一下電感是如何工作的,如下圖所示:

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

上圖是Boost電路的拓撲結構,Boost之所以能夠升壓,是利用電感的充放電來實現的。如上圖所示,當開關閉合on時,此時Vin給電感充電;當開關斷開off時,此時電感放電,而且是騎在Vin之上的,相當於電源把電感給抬高了。

我們知道,之所以輸出電壓Vo能達到平衡,是因為電感的充電電流=放電電流。那麼,我們知道電感的電流與感量的關係:

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

電感充電時,Δt為ton;電感放電時,Δt為toff。

同樣的,我們再來分別分析ton和toff期間,電感兩端的電壓。

可以從上面這幅圖中看出來,

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

計算電感量

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

我們剛剛分析了Boost電路佔空比,那麼電感的平均電流IL是多少呢?電感量應該如何取呢?

根據能量守恆,我們可以知道:

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

又由於電感平均電流為電流三角形面積的平均值,所以,

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

上面計算的電感量是在0。5A時,工作在BCM模式狀態下,如果我們想讓Boost電路的工作模式連續深度更深的話,需要再乘以一個0。2係數,表示負載進入100mA(0。5A*0。2)時,進入了BCM模式。

這裡我們可以選擇一個4。7 H 1A的標稱電感。

最終確定後的Boost電路原理圖

USB多路輸出電源-原理圖設計1(Boost電路)

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