2025年锂电池供电的高效低纹波低高频噪声电源设计VIP免费

锂电池供电的高效、低纹波、低高频噪声电源设计作者：陈昕来源：《电子技术与软件工程》第16期摘要设计了一种锂电池供电的非隔离多路直流电源，嵌入到便携式移动设备中，电源有两路功率较大，效率、纹波、高频噪声的规定高。存在锂电池输出电压低时与电源输出电压较靠近，普通的降压DC/DC难以实现的问题，设计采用了超低压差、占空比可达100%、高效率的BUCK变换器，解决了该问题。其中一路规定输出电压大范畴可调、纹波不大于1mV；设计采用了BUCK加LDO电路进行稳压，又明显减小了电源纹波；还用减法放大器控制BUCK电路，保持LDO的工作压差是较小的固定值，确保了电源的高效率。电源又增加了LC滤波和磁珠滤波，对进一步减小纹波和高频噪声的效果较好。【核心词】BUCKLDO纹波滤波锂电池因容量大、体积小、无记忆效应、电量检测容易、使用寿命长等许多优点，并且产品种类多，技术成熟，在许多移动设备、车辆中得到了广泛的使用。非隔离的开关电源技术也非常成熟，含有体积小、效率高、芯片种类多等优点，很广泛地应用在各个领域中。在某科研课题中，需要使用锂电池为便携式小体积设备提供多路直流电源，其中有两路输出的功率较大，规定输出的电压稳定。一路是用电位器可调节输出直流电压，范畴为6V～12V，最大输出电流为1.5A，纹波规定不大于1mV；另一路是固定输出直流电压，规定输出电压为12V，最大输出电流为2.5A，纹波规定不大于10mV。两路负载是电气隔离的，工作时负载很稳定，两路电源输出的工作电流都不会超出3%。选用锂电池考虑了重量、形状、可靠性、工作温度范畴、持续工作时间等因素，综合分析后选用了容量为14.8V8AH的锂电池组。设备的体积、重量、持续工作也要重视。下面仅就以上两路电源的规定进行设计。1电源方案制订要减小设备的体积、重量，同时提高持续工作时间，效率是核心因素，效率高能够取消专用散热器，带来的好处是多方面的，因此要用开关电源技术。锂电池的14.8V是平均输出电压，有效放电期间，实际输出电压为12.8V～16.8V。要运用好电池容量，12.8V的输出电压也要使用，输入、输出间0.8V的最小压差是一种需要重视的问题。可调输出电压的一路输出，纹波规定不大于2mV，开关电源技术很难实现，用调节速度快速的线性稳压器纹波要小诸多；另外，还要考虑到效率、输出电压可调，综合论证后，采用的方案如图1。1.1固定输出电源采用高开关频率的BUCK变换器，然后再通过LC滤波器滤除开关频率纹波，磁珠滤波消除高频噪声，实现所规定的性能指标。所选BUCK变换芯片是上海芯龙公司生产的XL4015，它是性能优良的降压型转换芯片，价格很低廉。含有杰出的线性调节率与负载整率，用于DC8V～36V输入，用于输出电流可达5A的降压恒压应用。输出功率PMOS的导通电阻为60毫欧，最大占空比可达100%，能够胜任低压差、高效率（可达93%）的规定。固定开关率为180KHz，可减小外部元器件尺寸，易于滤除开关频率纹波，也方便EMC设计。输出电压支持1.25V～32V间任意调节。芯片内部集成过流保护、过温保护、短路保等可靠性模块。集成度高，外围器件少，应用灵活。XL4015的1脚GND是接地脚；2脚FB是输出电压反馈引脚，通过外部电阻分压网络，，在内部同1.25V的基准电压进行比较，经放大后对输出电压进行稳压控制；3脚SW是功率输出脚；4脚是VC脚，用于内部电压调节，接旁路电容；5脚Vin是输入电压脚，支持DC8V～36V宽范畴电压输入，需要在VIN与GND之间并联电解电容以消除噪声。1.2可调输出电源先用XL4015进行降压，再经LC滤波和LDO（LowDropOutRegular）进行稳压，目的是消除开关频率纹波，最后再用LC滤波进一步减小开关频率纹波，磁珠滤波消除高频噪声；变化输出电压采用电位器调节。图1中的减法放大器的作用是确保输出被调解到任何电压时，控制BUCK变换器的输出电压，保持LDO工作在低压差状态，保持高效率工作状态。LDO稳压器选用MIC29302BU芯片，它是美国Micrel公司生产的性能优良的LDO芯片，输出电压能够调节，输出电流可达3A。输出调节管为超β双极型PNP管，含有调节速度快，输入、输出间压差小，在满载时能够达成350mV～425mV，芯片本身工作的功耗很低。MIC29302BU的1脚是Enable脚，逻...