将为你设计一个从 12V 转换到 5V 的稳压输出电路,包含整流、滤波和稳压环节。
电路设计思路
整流,使用二极管桥整流桥将输入的 12V 交流电转换为直流电。整流桥通常由四个二极管组成,能够在整个交流周期内都获得正向电流,实现全波整流。
滤波,在整流后,使用电容进行滤波,以平滑输出电压,减少电压波动。
稳压,使用稳压芯片 LM7805将滤波后的电压稳定在 5V 输出。
12V是汽车电子、安防设备等领域的常见电源标准,这类芯片虽支持宽输入范围4.5V-40V,但12V转5V是其最典型的应用场景,因此常以此命名。
常见的12V转5V。
LM2596
是一种广泛使用的开关稳压降压芯片,支持输入电压范围较宽(4.5V~40V),输出电流可达3A。高效率,适用于大电流需求的场合。
MP1584
是一款微型的高效降压转换器,支持输入电压范围4.5V~28V,输出电流可达2A。小型且高效,常用于DIY项目和低功耗应用。
XL4015
是一种高功率降压转换器,支持输入电压4V~38V,输出电流最大可达5A。适用于需要大电流输出的场景。
TPS5430
是一款高效降压芯片,输入电压范围为5.5V~36V,输出电流可达3A。具有保护功能,适合工业级应用。
L78S05
是一种线性稳压器,输入电压最高为35V,输出为固定的5V电压,输出电流可达2A。线性稳压效率相对较低,但结构简单,适合对效率要求不高的场景。
LM7805
经典的线性稳压器,输入电压需要比输出电压高至少2V,常用于简单的电源设计。输出固定为5V,适合小功率应用。
下面看电路分析:
电路组成及元件作用
输入部分
VIN,输入电压范围为 10.8 - 19.8V ,C1,10μF为输入滤波电容,滤除输入电压中的高频杂波,使输入电压更稳定,减少电源噪声对电路的影响 。
EN引脚 5和 ENA引脚 7,使能引脚,用于控制芯片的开启与关闭。当这两个引脚满足一定的电平条件时,芯片开始工作。
芯片部分:TPS5430DDA 是电路核心,它是一款 DC - DC 降压转换器芯片。通过内部电路将输入的较高直流电压转换为稳定的 5V 输出电压 。
输出部分
BOOT ,引脚 1和 C2,0.01μF,BOOT 引脚外接电容 C2,用于存储能量,辅助芯片内部电路正常工作,提升转换效率 。
PH 引脚 8、L1,15μH和 D1,B340A,PH 引脚是内部开关管的输出端,L1 为电感,D1 为续流二极管。它们共同构成电感式降压电路的关键部分。在开关管导通时,电感 L1 存储能量;开关管关断时,续流二极管 D1 为电感提供续流回路,维持电流连续,确保输出电压稳定 。
C3,220μF,输出滤波电容,进一步平滑输出电压,减小输出电压纹波,使输出的 5V 电压更加稳定 。
R1,10kΩ和 R2,3.24kΩ,组成反馈分压电路,将输出电压的一部分反馈到芯片的 VSNS 引脚 4,芯片根据反馈电压调整内部电路工作状态,从而稳定输出电压 。
工作原理
输入电压 VIN 经 C1 滤波后进入 TPS5430DDA 芯片,在芯片内部通过控制开关管的导通与关断,结合外部的电感 L1、续流二极管 D1 等元件,实现电压转换。在开关管导通期间,输入电压给电感 L1 充电,电感电流增加;开关管关断期间,电感 L1 通过续流二极管 D1 释放能量,维持负载电流。输出电压经 R1、R2 分压反馈给芯片,芯片根据反馈信号调整开关管的占空比,最终使输出电压稳定在 5V 。
7805属于常用的线性三端稳压器,输入电压范围不大于35V,输入输出压差2V,最大输出电流1.5A,下图为原理图,其原理简单,使 用方便,深受很多用户的喜爱。但是其不足之处就是效率低,特别是压差越大时其效率越低。比如这里12V转5V的效率为 5V/12V≈41.7%。
如上电路是最经典的7805稳压5V电路,电路中有两个电容,电容的作用如下:
1.隔直流:作用是阻止直流通过而让交流通过。
2.旁路(去耦):为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。
3.耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路。
4.滤波:将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波,接近于直流。
基于 MP1584 芯片的 DC - DC 降压电路。
电路组成及元件作用析:
输入部分
C1,4.7μF和 C2,0.1μF,组成输入滤波电路,C1 滤除低频杂波,C2 滤除高频杂波,使输入到 MP1584 芯片的 12V 电压更纯净,减少电源噪声干扰 。
R6,100kΩ、R7,45.3kΩ,分压电路,为芯片的 EN使能引脚提供合适电平,控制芯片工作状态。当 EN 引脚电平满足要求时,芯片启动 。
芯片部分:MP1584 是核心降压芯片,可将输入的较高直流电压转换为稳定的 5V 输出电压,通过内部电路对输出电压进行调节和控制 。
输出部分
BST 引脚、R8,0Ω,和 C5,0.1μF,BST 引脚外接电容 C5,配合芯片内部电路,提升转换效率 。
SW 引脚、L,12.3μH,和 D1,B330,SW 引脚连接内部开关管,L 为电感,D1 为续流二极管。开关管导通时,电感储能;开关管关断时,续流二极管为电感提供续流回路,维持电流连续,保证输出电压稳定 。
C3,22μF,和 C4,输出滤波电容,进一步平滑输出电压,降低纹波,使输出的 5V 电压更稳定 。
反馈及补偿部分
R1,124kΩ、R2,23.7kΩ,组成反馈分压电路,将输出电压反馈至芯片的 FB 引脚,芯片根据反馈电压调整内部电路,稳定输出电压 。
C6,22pF、R3,0Ω、C7,330pF、C8,1pF、R5,76.8kΩ,组成补偿电路,改善电路稳定性和动态响应性能,防止电路自激振荡 。
FREQ 引脚和 R10,193.3kΩ,R10 用于设置芯片工作频率,可根据实际需求调整电路工作频率 。
工作原理
12V 输入电压经 C1、C2 滤波后进入 MP1584 芯片,芯片控制内部开关管工作,结合外部电感 L 和续流二极管 D1 实现降压转换。在开关管导通阶段,输入电压向电感充电,电感电流增大;开关管关断阶段,电感通过续流二极管向负载供电。输出电压经 R1、R2 分压反馈给芯片 FB 引脚,芯片根据反馈信号调整开关管占空比,使输出电压稳定在 5V 。补偿电路确保电路稳定运行,R10 设置芯片工作频率 。