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c -饼干电源:5V 3A Buck稳压器，用于棒板

2016年2月26日通过帕特里克·劳埃德

基于LM25575的5V-3A buck调节器的设计与原理，用于C-BISCUIT机器人项目。

基于LM25575的5V-3A buck调节器的设计与理论，用于C-BISCUIT机器人项目。

C-BISCUIT系列

顶级力量图

负责C-BISCUIT的Wandboard需要一个稳压的5V直流电源，一般假设是一个带桶形千斤顶的壁疣。为了使机器人能够移动，导航板将使用标称电压约为11.1V的3芯脂电池。不用说,他需要调节到5 v去Wandboard之前,由于电池可以大量的电流源,包括一些非常明智的保护电路,以防发生过压/过流条件(这将在以后的教程中介绍)。

本文将介绍一种基于Texas Instruments的buck拓扑的5V-3A开关电源(SMPS)的设计LM25575开关式稳压器。LM25575被选择，因为除了一个良好的记录数据表(PDF)， TI还提供了一个参考设计(PDF)、示例示意图和板布局以及一个设计工作表(PDF)修改其他应用程序的设计。看到技术文件选项卡查看更多资源。

在业余爱好者的项目中，电源是一个通常被忽视的方面，因此这将有望为实际设计定制电源解决方案提供一些启发。当然还有其他的选择，很多可能更便宜更容易建造。Adafruit出售5V 3A DC-DC变换器只要10美元，你甚至可以购买全部LM25575参考设计板50美元，或者无人居住LM25575参考设计板为20美元。这里的目标是研究SMPS设计的一些不同方面，以便您可以创建自己的设计。

Rev A参考设计

Rev B参考设计

理论

通常，在一个业余项目中，最简单的方法来获得一个调节电压是使用一个线性调节器，如LM7805(PDF)。然而，这是非常低效的，并以热量的形式耗散多余的能量。另一方面，开关电源可以以非常高的效率运行(80% - 95%)，但通常是更复杂的电路，通常需要更多的组件。下面是buck(下拉式)稳压器的典型原理图。

通用降压稳压器拓扑

SMPS的工作原理是:在电感器中，电流不可能瞬间改变，在电容中，电压也不可能瞬间改变。在电路课上，这可以用以下微分方程来描述:

和

当开关时,年代(通常是某种类型的MOSFET)，在上述原理图中闭合，电流(伊尔)开始流过电感器，l。电流流入电容，C，负载电阻，R，在其上诱发电压(签证官从0V增加到6。这也使再循环二极管产生反向偏差，D。如果年代打开之前签证官=6，电路中的电流不会因为电感而瞬间停止，所以它会继续流过由二极管产生的回路。随着电路能量的耗散，签证官会向0V方向减小。你可以看到，如果这个开关过程继续下去，输出电压可以保持不变。

在输出中有一些固有的电压和电流纹波，但对于大多数应用来说，这些值很好地达到可接受的水平是可能的。输出特性取决于电感、输出电容、开关频率，甚至电路板布局。大多数调节器集成电路还包括某种形式的闭环反馈，以保持稳定的输出。要了解更多信息，这里有一篇有趣的文章高开关频率对Buck稳压器的影响(PDF)。

TI参考设计

LM25576包含了一些参考设计中包含的“好得很”的特性。

软启动
过电流限制(4.2)
闭环电流模式控制(PDF)
关机/待机模式(未填充)

板的物理布局仅以PDF中的图像形式提供(没有Gerber或EDA文件)，因此我们的布局是在KiCad中手动重新创建的(稍加修改)。需要注意的一些重要特征是用于循环二极管和电感的铜浇铸。倾泻在顶部和底部的铜层，和无数的孔连接在一起。这种通过拼接是一种散热形式，当这些部件在重载条件下变热时，铜区域可以用作散热器。作为设计的一部分，这些顶部浇口也省去了焊接掩模，这样可以散发更多的热量。也有通过缝合调整器本身下面，连接IC的外露垫底面地平面。

KiCad实现

我们正在实现的设计使用了大部分相同的部件(见参考设计PDF中的BOM)，替代了更便宜的无源和不同的输入和输出端子。大部分部件上的焊盘也稍大一些，因为这个项目是设计为手工焊接，如果必要的话。

示意图

板布局

漂亮的3D渲染OSHPark紫色

设计文件

所有的设计文件都在Github或者作为一个自包含的ZIP文件。ZIP文件中包括KiCad的原理图、布局和库文件，以及用于制造的材料清单和Gerber文件。

buck-reg-5v.zip

前进

C-BISCUIT电源系列的下一步(除了从fab返回时对这块板进行组装和测试)是一个小型过流和过压保护电路，该电路可以在调节器和导航板之间插入。此外，我们将设计一个具有热插拔/岸电能力和电压/电流监测的电池配电板。关于buck调节器的其他应用的更多信息，请查看David Knight的文章在这里。

下次见，快乐黑客…

下一篇文章:饼干电源:5V稳压器撬棍保护电路

自己尝试一下这个项目吧!BOM。