直流电源稳压板设计


一种多路直流电源稳压板设计

设计制作机器人时,我们都需要一个可靠稳定的供电系统,根据机器人内部多个元件的电源需求,设计了一个满足一般竞赛机器人使用的直流稳压电源板.因为主要考虑供电目标是树莓派、RK3588、jeston等机器人主控元件,需要有5V5A的电源供电能力,所以采用了TPS54531直流稳压芯片,728V输入,05A输出,通过调节反馈电阻,能够供出稳定的5V5A输出。另外为了更好地使用电源板,添加了总电源PMOS开关,每个输出都有PMOS电源开关,NMOS防反接。

TPS54531直流稳压设计

TPS54531介绍(主要是便宜)
芯片参数

在TI的电源设计工具上直接导出的设计图
原理图

TPS54531的电压输入还是比较窄的,有特殊需求的话,电压很可能来到40V,TI还有一款类似的芯片TPS54560,宽电压输入,最高60V,也是5A输出

PMOS开关

在电路设计中,结合小机械开关和PMOS来控制电路的通断,可以实现机械控制与电子开关的优点结合。这种设计的目的通常是为了利用机械开关提供简单的输入控制,同时借助PMOS实现对更大电流或电压的控制,减少机械开关的电流负载和磨损,提高整体可靠性和寿命。

设计原理

  • 小机械开关负责为PMOS的栅极提供一个低电压或高电压信号。
  • PMOS根据栅极信号控制主电路的通断。
  • 机械开关只需要处理极小的控制电流,PMOS负责处理主电路的高电流。

我画的,献丑啦
PMOS开关

NMOS防反接

使用MOS管作为防反接而不是二极管
MOS管作为防反接保护,具有低压降、高效率、低发热、支持高电流的优点,非常适合对功耗敏感或需要高可靠性的电子设备。而二极管方案因简单易用,适合小功率和低成本的应用场合。根据具体需求选择合适的方案。

原理

    1. 电压降对比
      二极管防反接
      普通二极管:正向压降通常为 0.7V(硅二极管),导致较高的电压损耗。
      肖特基二极管:正向压降较低(约 0.3V~0.5V),但仍有一定损耗。
      问题:
      在高电流(例如10A)下,电压降引起的功耗显著:
      P 损耗=V 压降×I 电流
      例如:肖特基二极管压降0.5V、通过电流10A时,功耗为 5W,效率损失大。
      NMOS防反接
      NMOS的导通电阻(Rds(on))通常为 毫欧级(如10mΩ)。
      例如:电流10A、导通电阻10mΩ时,功耗仅为 1W,远低于二极管。
    1. 反接保护效率
    防反接方式 优势 劣势
    二极管 简单、直接切断反接保护 持续压降,效率低,发热大
    NMOS 高效低损耗,几乎无压降,适合高电流 驱动电路稍复杂
    1. 功率和发热管理
      二极管
      压降直接转换为热量,需要额外散热设计。
      不适合高功率应用。
      NMOS
      低导通电阻导致发热量极低,散热设计更简单。
      更适合需要处理大电流的电源设计。
    1. 可调节性
    防反接方式 可调节性
    二极管 固定行为,无法调整
    NMOS 可结合驱动电路实现更多功能,如启动延迟、过压保护
    1. 成本与体积
      成本:
      随着电流增加,肖特基二极管价格迅速上升。
      NMOS功率器件更具价格优势。
      体积:
      在高电流场景下,NMOS比功率相当的二极管方案更小巧。

原理图

原理图

PCB与实物

多路输出

USB供电型

三维图

实物(徐逸凡焊的)

实物(我焊的)


文章作者: biubiu选手
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