程控buck电源电路

电子竞赛的第一道题：DC-DC转换

我们此次做的主要是一个Buck转换器，大致结构为，输入一个高电平，通过LM2575（降压稳压器），再经过LDO（线性低压差稳压器）得到稳定的输出电压，中间通过MSP430F5529作为主控板实现程控稳压电源的作用。

具体解释为：

该图为输入系统，通过GPS-43003C稳压电源作为输入信号，先经过一个二极管为了防止因电源接反而烧毁整个系统，输入系统经过两个大小退耦电容到地。电容是个非常奇特的东西，在这里我选用100u和0.1u分别滤除低频与高频交流成分，理论上电容越小对于高频分量越容易通过，这里对于电容的理解不详细谈论，我尽量在以后能专门写一篇关于电容的博客。

这是LM2575内部结构，通过4脚的反馈端电压的分压与内部1.23V进行比较，当正端大于1.23V时，比较器输出高电平，许多文献都将其称为误差放大器，输出端再与52kHZ的振荡方波进行比较，再通过驱动器输出到2脚，当正端小于1.23V时，第一级比较器输出低电平。如果不考虑内部结构，那就是4脚反馈电压小于内部的1.23V基准电压时，2脚输出高电平，对L1电感与Cout电容持续充电，导致Vout电压上升，当电压上升到一定值时，4脚反馈电压大于1.23V，这时2脚输出低电平，L1开始放电，对Cout继续充电，然后电容开始放电，Vout也相应下降，因此2脚输出为一PWM波，Vout后接分压电阻，分压值作为4脚的反馈电压，如下图所示：

这样只要分压值是固定的，那么就可以保证Vout输出电压稳定在一恒定值，当大于恒定值，分压也就大于1.23V，2脚输出低电平，电容放电，Vout输出电压降低，同理当小于恒定值时，电容充电Vout上升，最后在恒定值处上下微小浮动。

这时输出的电压虽然稳定，但纹波非常大，我们知道做电源的最主要的指标之一便是纹波的大小，因此后面的LDO电路便是起到了消除纹波的作用，同时也伴随了稳压的功能。本次LDO电路以IRF640为主芯片，IRF640为一N沟道电源MOS管，当GS压差大于一定值时，MOS管导通，根据这个特性我们设计电路。

LDO电路另一个核心是一个比较器，比较器的反向输入端为一固定参考电平，同向输入端是最后输出电压的分压，比较器的VCC与IRF640的源极相连，比较器输出端与栅极相连，这时我们来分析一下电路工作原理：

当最后的输出电压大于你想要的值时，它的分压（即比较器同向输入端电压）大于反向输入端的参考电平，这时比较器输出高电平，这时GS压差很小，IRF640断开，这时电压幅度逐渐下降，（注意这里不是开关电源输出高低电平，而是线性的电平）同理当最后输出电压小于你要的值，IRF640导通，输出电压逐渐抬高，因此可见，最后稳定时比较器的同向输入端与反向输入端电压相等，而同向输入端是最后输出电压的分压，因此只要分压比固定，你可以通过调节负向的参考电平来调节最后的输出电压。

以下讲一下如何程控，通过前面的分析我们知道输出电压与比较器的参考电平有关，无论是前级LM2575内部的1.23V参考电平还是后级比较器负向参考电平，都可以影响输出电压的值，因此可以通过单片机驱动DA芯片，使得DA输出直流电压可调，以此来调节参考电平，使得输出电压变化。

我们此次课题采用的方法是前级加一个比较器， 这张图中的电位器的分压输出接到比较器正端，负端接的是DA的输出电平，这样既可以通过单片机调节DA的输出电平来决定比较器输出到4脚反馈端的电平，以此来决定2脚输出PWM的占空比，从而调节了Vout电压。

主要程序解释：

此次用的DA芯片为TLV5638，在编程之前必须查看芯片资料，才可以确定时序以及控制信号。

P1OUT &= ~BIT0;                      //CS拉低
while (!(UCA1IFG&UCTXIFG));               // USCI_A1 TX buffer ready?
UCA1TXBUF =0xD0;                   // fast mode，normal operation
while(!(UCA1IFG&UCTXIFG));    
UCA1TXBUF =0x02;        // REF为2.048V
while(!(UCA1IFG&UCTXIFG));
for(j=0;j<10;j++);
P1OUT |=BIT0;      //CS拉高

 

因为TXBUF为8位寄存器，所以一个16bit的数据需要分为高低位分别输出

 codeH=(code>>8)&0x0f | 0xC0;   // 高位，0xc0为向DAC A写数据，fast mode
 codeL=code & 0xff;   // 低位
 P1OUT &=~BIT0;
 while(!(UCA1IFG&UCTXIFG));
 UCA1TXBUF =codeH;
 while(!(UCA1IFG&UCTXIFG));
 UCA1TXBUF =codeL;
 while(!(UCA1IFG&UCTXIFG));
 for(i=0;i<10;i++);
 P1OUT |=BIT0;

 

最后讲一下布线的问题，

电源由于需要考虑纹波这一指标，因此布线非常重要！！！此次项目中，前级LM2575为大电流，后级LDO为小电流，因此总地应该夹在前级，LM2575的2脚输出的肖特基二极管到地这条路为大电流，后面电感、电容充放电也是大电流，因此总地应该夹在这两条线处，其余的地线都连到这一点，俗称一点接地。每一块芯片的电源都需要大小电容退耦，单片机的地属于数字地，需要与板子上的模拟地分开，但最后都连到总地。

 

纹波的测量如果只是拿示波器观察输出电压的波形是看不出的，必须接一个大功率负载，增大电流才能看出纹波的强弱，接负载这条路也是大电流，因此地应该也是直接连到总地，如果与其他地共用则会大大影响前级，慎重！！！最后说一下小经验，测量时，示波器探头的地与测量点距离稍远，不够稳定，可以尝试用接地环的方式接地。

 

 

本人还是个小菜鸟，只是把自己做的随笔写下来罢了，如果哪里说错的话，虚心求教！^_^