工程師教你有效設(shè)計高效率大電流直流穩(wěn)壓電源

許多電子發(fā)燒友們在DIY時，常常需要一個能輸出大電流、性能優(yōu)良的直流穩(wěn)壓電源，并且希望這個直流穩(wěn)壓電源還能夠比較方便的根據(jù)自己的需要隨時改變輸出電壓的大小。如何才能擁有一款這樣的直流穩(wěn)壓電源呢？

本文介紹一款采用MP1593制作的DC-DC穩(wěn)壓電源，這款DC-DC穩(wěn)壓電源的體積很小，但它能提供2A 甚至最高達(dá)3A 的輸出電流，并且其性能指標(biāo)非常好，完全可以滿足電子愛好者們在DIY 時的要求，下面就原理及實際制作等方面的一些問題做一個詳細(xì)的介紹。

MP1593 的結(jié)構(gòu)及工作原理簡介

MP1593 是美國MPS 公司(Monolithic PowerSystems,Inc) 研制生產(chǎn)的一款降壓型(Step -down)DC-DC 器件，它采用 8 pin 小型SOP 封裝，體積很小，只有5mm×4mm×1.5mm 大小。該IC允許輸入的電壓范圍從4.75~28V，輸出電流最高可達(dá)3A，其最高工作效率可達(dá)95%。該IC 典型的數(shù)據(jù)為：當(dāng)輸入12V, 輸出為5V，且電流達(dá)到2.5A時，其工作效率為90%。在這樣高電壓差、大電流的情況下，該IC 連續(xù)工作24 小時也無需加裝任何散熱器，可見其功耗非常之小。另外，該集成電路的外圍電路也十分簡單，非常容易應(yīng)用。

圖1 MP1593 典型的外部應(yīng)用電路及部分內(nèi)部原理圖

該集成電路的工作原理簡述如下：

輸入電壓Vin 從集成電路的pin 2 端進(jìn)入，這時如果在pin 7( Enable) 端加高電平(+5V 左右)，則IC 被啟動進(jìn)入到工作狀態(tài)。在時間Ton( 導(dǎo)通時間) 內(nèi)，輸入電壓通過導(dǎo)通的MOS 管V1 從IC 的pin 3 端輸出，加在電感L1 的左端，該電壓經(jīng)過L1與電容C5 組成的濾波電路向負(fù)載RL 供電，同時在電感L1 上儲存了電能。在時間Toff( 關(guān)斷時間) 內(nèi)，MOS 管V1 處于關(guān)斷狀態(tài)，這時，在儲能元件電感L1 上產(chǎn)生的自感電壓為左負(fù)右正，因此加在二極管D1 上的電壓是正向偏置電壓，致使二極管導(dǎo)通，于是，電感L1 與二極管D1 及負(fù)載RL 形成了一個放電回路，電感L1 上儲存的電能向負(fù)載RL 釋放，以提供負(fù)載RL 所需的電能。電路中各點(diǎn)的波形如(圖2)所示。

圖2 電路中各點(diǎn)的波形圖

輸出電壓Vout 的穩(wěn)壓控制過程簡述如下：

電阻R1 與R2 組成的分壓電路從輸出電壓Vout端取出采樣電壓，然后通過pin 5 端送到IC 內(nèi)部的誤差電壓放大器Y3 的反相輸入端，與IC 內(nèi)部設(shè)置的加在同相端的基準(zhǔn)電壓1.22V 進(jìn)行比較，從而使誤差電壓放大器Y3 的輸出電壓Ua 產(chǎn)生相應(yīng)的變化，此電壓Ua 被送到IC 內(nèi)部的電流比較器Y2 的反相輸入端;另一方面，IC 內(nèi)部電阻R '通過對輸出回路中的電流進(jìn)行采樣，取得一個采樣電壓。此電壓經(jīng)電流傳感放大器Y1 進(jìn)行放大后得到電壓Ub，此電壓被送到電流比較器Y2 的同相輸入端。這兩個電壓Ua 和Ub 共同決定了電流比較器Y2 的輸出電壓Uc 的大小，而電壓Uc 就是IC 內(nèi)部的邏輯電路的輸入控制信號。通過邏輯電路的控制，改變MOS管V1 的通斷相對時間長短，也就是改變了電感L1上的充電和放電時間的長短，即Ton( 導(dǎo)通時間) 和Toff( 關(guān)斷時間) 的相對長短，從而改變了電感上平均電壓的大小，也就是改變了輸出電壓Vout 的大小，最終實現(xiàn)了對輸出電壓Vout 的穩(wěn)壓控制。整個穩(wěn)壓過程實質(zhì)上是一個反饋控制過程。從以上所述的穩(wěn)壓控制過程中，我們看到：只要改變外部電阻R1 與R2 的比值，就可以改變采樣電壓的大小，從而也就改變了輸出電壓Vout 的大小，事實上，該電路就是通過調(diào)節(jié)電阻R1 與R2 的比值來實現(xiàn)對輸出電壓Vout 大小的調(diào)節(jié)。

MP1593 各管腳的功能定義如表1 所示。

表1 MP1593 各管腳功能描述

MP1593 實際的應(yīng)用電路圖及一些設(shè)計要點(diǎn)

采用這顆IC 設(shè)計+5V 電源的實應(yīng)用電路如圖3 所示。