显示页面 讨论 修订记录 反向链接 本页面只读。您可以查看源文件,但不能更改它。如果您觉得这是系统错误,请联系管理员。 ### 2. Buck降压变换器模块 #### 模块描述 Buck降压变换器是最常用的开关电源拓扑,通过高频开关和电感储能实现高效降压。本模块基于LM2596或TPS54331等专用芯片,效率可达85-95%,输入电压范围宽,输出可调。相比线性稳压器,开关电源功耗小、发热低,适合大功率或大压差场合。广泛应用于电赛的电源类题目,是开关电源设计的基础。 #### 工作原理 ``` [Vin] → [开关管Q] → [续流二极管D] → [滤波电感L] → [输出电容C] → [Vout] ↑ ↓ ↓ [PWM驱动] [续流回路] [能量储存] ↑ ↓ [控制芯片] ←─ [误差放大器] ←─ [反馈分压] | [基准电压] 工作过程: 开关闭合:Vin→L→Cout,电感充电,电流上升 开关断开:L→D→Cout,电感放电,电流下降 输出电压:Vout = Vin × D (D为占空比) ``` #### 技术指标 - 芯片型号: LM2596 (150kHz, 3A), TPS54331 (500kHz, 3A) - 输入电压: 4.5V-40V (LM2596), 3.5V-28V (TPS54331) - 输出电压: 1.25V-37V可调 - 输出电流: 3A (持续), 峰值更高 - 开关频率: 150kHz (LM2596), 100-500kHz可调 (TPS54331) - 效率: 85-95% (取决于压差和负载) - 纹波: <50mV (5V输出, 3A负载) - 保护功能: 过流保护、过热保护、欠压锁定 #### 接口管脚定义 **LM2596:** | 管脚 | 名称 | 功能 | 说明 | |------|------|------|------| | 1 | Vin | 输入电压 | 4.5-40V | | 2 | Output | 开关输出 | 连接续流二极管 | | 3 | GND | 地 | 电源地 | | 4 | FB | 反馈 | 连接分压电阻 | | 5 | ON/OFF | 使能 | 高电平使能 | **TPS54331:** | 管脚 | 名称 | 功能 | 说明 | |------|------|------|------| | 1 | BOOT | 自举 | 连接自举电容 | | 2 | VIN | 输入 | 3.5-28V | | 3 | SW | 开关 | 连接电感 | | 4 | GND | 地 | 功率地 | | 5 | FB | 反馈 | 分压反馈 | | 6 | EN | 使能 | 启动控制 | | 7 | SS | 软启动 | 软启动电容 | | 8 | VSENSE | 电流检测 | 可选 | #### 板上设置和信号指示 - **输入端**: 100μF电解电容+100nF瓷片电容 - **电感**: 33μH-100μH (根据输出电流选择) - **续流二极管**: 肖特基二极管(压降低,效率高) - **输出端**: 220μF低ESR电容(铝聚合物或钽电容) - **反馈网络**: 精密电阻分压(1%精度) - **LED指示**: 输出电压指示灯 - **散热器**: 大电流时芯片需散热 - **测试点**: 输入/输出电压电流测试点 #### 电气指标 - **输入电压范围**: 4.5-40V (LM2596) - **输出电压范围**: 1.25-37V (可调), 或固定3.3V/5V/12V - **输出电流**: 持续3A, 瞬间峰值5A - **开关频率**: 150kHz (固定) 或 100-500kHz (可调) - **效率**: - 12V→5V@2A: ~92% - 24V→5V@2A: ~90% - 12V→3.3V@2A: ~88% - **输出纹波**: 典型30mV (加LC滤波后<10mV) - **负载调整率**: ±0.5% - **线性调整率**: ±0.2% - **静态功耗**: 5-10mA #### 使用说明 - **电感选择**: L = (Vout×(Vin-Vout))/(ΔIL×f×Vin),ΔIL取Iout的30% - **二极管选择**: 肖特基二极管,耐压≥Vin,电流≥Iout - **输出电容**: 低ESR电容,容量越大纹波越小 - **反馈设置**: Vout = Vref × (1 + R1/R2),常用R2=1kΩ - **PCB布局**: 输入电容、续流二极管、输出电容靠近芯片 - **接地**: 功率地和信号地分开,单点接地 - **热设计**: 计算功耗,添加散热器或铜箔散热 - **软启动**: TPS54331的SS脚接电容控制启动时间 #### 全国大学生电子设计竞赛相关赛题 - **2021年C题**: 三相AC-DC变换电路(后级DC-DC) - **2019年A题**: 电动小车动态无线充电(降压充电) - **2017年A题**: 微电网模拟系统(DC-DC变换) - **2013年A题**: 单相AC-DC变换电路(PFC后级) - **2011年A题**: 开关稳压电源(核心模块) - **2009年A题**: 光伏并网发电(MPPT降压) #### 应用技术要点总结 - **参数计算**: 根据输入输出电压电流计算L、C参数 - **同步整流**: 用MOSFET替代二极管提高效率(TPS54331内置) - **PCB设计**: 开关节点面积最小化,减少EMI - **输入滤波**: 加LC滤波器抑制输入纹波 - **输出滤波**: 二级LC滤波降低纹波至mV级 - **负载瞬态**: 输出加大电容改善负载瞬态响应 - **频率选择**: 高频减小元件尺寸,低频降低开关损耗 - **并联扩流**: 多个Buck模块并联提高输出电流 ---