設(shè)計思路參考：低壓直流伺服電源設(shè)計全過程
[導(dǎo)讀]今天和大家分享一下自己設(shè)計的一款低壓直流伺服驅(qū)動器的電源設(shè)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(wěn)定。
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今天和大家分享一下自己設(shè)計的一款低壓直流伺服驅(qū)動器的電源設(shè)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(wěn)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(shè)計思路，我設(shè)計的電源部分主要有12V，5V和3.3V三種電源，分別給MOS驅(qū)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(qū)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(jīng)過LDO轉(zhuǎn)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(qū)動器總消耗功率為：
12*0.05+5*（0.2+0.08）=2W,考慮電源轉(zhuǎn)換效率假設(shè)為70%，設(shè)計的電源輸出功率應(yīng)為：2/0.7=2.857W.
由于低壓直流伺服驅(qū)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(shè)計需求，可調(diào)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(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，另外一路通過升壓芯片LM2731轉(zhuǎn)換成12V電壓驅(qū)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(cè)和低側(cè)MOS開關(guān)，外部無需肖特基二極管，F(xiàn)B腳為1.225V的基準(zhǔn)電壓，2%的反饋基準(zhǔn)電壓精度，開關(guān)頻率可調(diào)至1MHz,可調(diào)低壓閉鎖保護，具有遠(yuǎn)程關(guān)斷和熱關(guān)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(jīng)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(guān)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(nèi)部輸出電源，一般為7.6V，用于驅(qū)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(nèi)部二極管充電的，具體可以看芯片內(nèi)部框圖。
芯片內(nèi)部框圖
主要參數(shù)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(nèi)部VCC調(diào)壓器輸出值等參數(shù)，為我們設(shè)計提供重要參考。
電路設(shè)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(guān)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(dāng)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(wěn)定可靠。
LM2731芯片資料介紹,由于MOS管驅(qū)動所需電流不大，這里采用升壓芯片將5V升至12左右去驅(qū)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(qū)動器成本設(shè)計和空間尺寸設(shè)計都有很大幫助；另外一個好處就是，如果產(chǎn)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(nèi)部集成MOS管，開關(guān)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(guān)電流高達1.8A。
芯片引腳介紹，F(xiàn)B腳基準(zhǔn)電壓為1.23V，VIN為電源輸入腳，設(shè)計的輸入為5V電壓，SHDN腳為低電平關(guān)閉，設(shè)計接一個電阻到電源端，SW腳為開關(guān)輸出腳，通過芯片內(nèi)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(nèi)部框圖 主要參數(shù)介紹，通過下面參數(shù)表我們可以知道芯片的輸入電壓范圍，輸出電壓，靜態(tài)工作電流，開關(guān)電流限制以及開關(guān)頻率等參數(shù)，這些對我們設(shè)計電路很有幫助，需要仔細(xì)了解并掌握。
電路設(shè)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(nèi)部有補償，但是C211也不可缺少，有助于穩(wěn)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(guān)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(jù)實際應(yīng)用負(fù)載以及紋波要求情況適當(dāng)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(shè)計及觀點純屬個人，該電路已經(jīng)成功應(yīng)用于實際產(chǎn)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。
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