12V转5V 系统电源

出处:网络整理时间:2026-05-12
  1. 12V直流电源输入
 
  J1是12V电源插座
  输入端通常并联两个电容(一大一小),组成“Π型”滤波电路,这里的组合为220μF+0.1μF
  220μF大电容(工作电压16V)
  这个较大的电解电容主要用于滤除低频率的噪声和纹波。它可以作为一个能量储存器,为电源线提供一个稳定的电 压源,帮助吸收大的电压波动,从而保护后续电路。它的大容量使得它能够在负载突然增加时提供必要的电流,以维持稳定的电源输出。
  0.1μF小电容
  这个较小的陶瓷电容主要用于滤除高频率的噪声。由于其较小的物理尺寸和低的等效串联电阻(ESR),它能够快速响应,滤除高频干扰源引起的高频噪声。
  将这两种电容并联使用,可以覆盖一个宽广的频率范围,从而提供更彻底的电源滤波。大电容负责低频滤波和提供较大的电荷储备,而小电容则处理高频噪声,这样的组合可以确保电源输入端的电压尽可能平滑,为后续的电路提供一个干净稳定的工作环境。

  2. 12V转5V (BUCK)

  BUCK电源芯片采用钰泰的ETA8110,具体功能参考规格书
  旁路电容和去耦电容,其实都起到滤波作用,大电容滤低频小电容滤高频。IC的电源输入端的滤波电容一般叫旁路电容,IC的信号输出端一般叫去耦电容。(简记:输入旁路,输出去耦;旁路是去耦的子集)
  VIN端的两个并联电容与SW端的两个并联电容,作为旁路电容与去耦电容,作用如上文的“Π型电路”
  在 BS 和 SW 之间接一个自举电容
  在Buck电源芯片中, SW 管脚通常连接到MOSFET的漏极,而 BS 管脚是用来为MOSFET的栅极提供驱动电压的。自举电容是连接在SW管脚和BOOT管脚之间的一个关键组件,它的作用是为MOSFET的栅极提供足够的电压,以确保MOSFET能够完全导通。
  在MOSFET工作时,栅极需要比源极高出一定的电压才能导通。在高侧开关(High-Side Switch)应用中,这意味着栅极电压需要高于输入电压。自举电路就是用来解决这个问题的,它能够提供比输入电压更高的栅极电压。
  自举电容的工作原理如下:
  充电阶段
  上MOS管关闭,下 MOS 管导通时(SW管脚接地),BS管脚输入电压源VIN相连。这时,自举电容从输入电压源充电。
  放电阶段
  上MOS管导通,下MOS管关闭时(SW管脚电压升高),这时自举电容的一端通过SW管脚与地相连,另一端则通过BS管脚与栅极相连。由于自举电容之前已经充电,它会将电荷提供给栅极,使栅极电压高于源极电压,从而确保MOSFET能够完全导通。
  自举
  由于SW管脚的电压上升到接近Vin,自举电容的电压会被“提升”(Bootstrap),因此BOOT管脚的电压实际上是Vin加上自举电容两端的电压。这样就能够确保即使在输入电压变化的情况下,MOSFET的栅极也能获得足够的驱动电压。
  外接电感
  :使SW管脚输出的具有稳定周期的脉冲电压变成平滑稳定的持续电压
  当开关导通时,电感充电。当开关断开时,电感放电,维持电流流向负载。
    分压反馈电阻
  可以使用反馈电阻计算器,调用不同的R1、R2组合,实现改变VOUT的电压,计算公式见原理图
  知识点:基尔霍夫电流定律
  分压电阻R1处并联一个电容
  作用是滤波、高频去耦,100pF电容值很小,通常用于去除高频噪声,允许低频信号通过
  TP
  :Test Point
  USB_IN前的二极管
  反向电流保护,当USB设备关闭或断电时,防止电源输出端的电容通过USB端口放电
  FB
  FB的值由电源IC决定,不同IC的FB不同,具体参考规格书
  Vout
  此电路为12V转5V,但Vout由R1 R2组合决定的,不一定能得到5.0V的精度。从原理图中可以看到Vout的计算值为5.22V
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