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)
在TI的电源设计工具上直接导出的设计图
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
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
- 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。
- 电压降对比
- 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 - 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。
- 功率和发热管理
- 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 - 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。
- 成本与体积