FastBond2阶段1-恒压驱动电源的原理图设计

内容介绍

一、前言

恒压驱动电源是现代电子设备中不可或缺的关键部分。无论是家用电器、电子通信设备还是工业控制系统，它们都需要稳定可靠的电源来保证正常运行。恒压驱动电源的作用是将输入电源转换为稳定的输出电压，并对输出电压进行精确的调节和控制。这种稳定的电源供应不仅能够保护设备免受电压波动和干扰的影响，还可以提高设备的性能和可靠性。

恒压驱动电源的选择和设计需要综合考虑多个因素。首先需要确定设备所需的输出电压和电流，以及对稳定性和精确度的要求。然后需要选择适当的稳压电源驱动技术，例如线性稳压电源或开关稳压电源，以满足设备的功率需求和空间限制。同时，还需要考虑电源的效率、成本、可靠性和维护要求。

恒压驱动电源还应考虑到保护电路，以确保设备免受过流、过压、过热和短路等电源问题的损害。这些保护机制可以提高设备的安全性和可靠性，并延长设备的使用寿命。

在实际应用中，为了满足特定设备的需求，恒压驱动电源通常需要进行定制设计。这需要电子工程师具备深入的电路设计知识和经验，以确保稳压电源驱动的性能和稳定性。

综上所述，恒压驱动电源在各种电子设备中扮演着至关重要的角色。通过选择合适的恒压驱动电源技术和进行定制设计，可以为设备提供稳定可靠的电源供应，进而提高设备的性能、可靠性和寿命。

二、设计框图及原理介绍

Scheme-it网页绘制流程图及原理图，下面是分享链接：https://www.digikey.cn/schemeit/project/lx1-802e3bd875ce468480bd1b1c8fe3aa5d

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如图所示，由RP2040十二指神探扩展板的CH6接口提供3.9V电源，驱动LT3063的~ SHDN 接口和IN 接口。LT3063的输出接口接万用表，测量LT3063的输出电压是多少，并且观察输出电压是否稳定。

LT3063是一种正线性稳压器，它采用了固定频率同步降压拓扑，用于提供稳定的正电压输出。以下是LT3063的工作原理的简要说明：

输入电压传输：输入电压(VIN)通过输入管Q1进入LT3063。输入电压经过输入电流限制和稳压器管Q2的反向检测，然后传输到降压拓扑电路。
降压拓扑：降压拓扑由电感器（L1）、开关管(Q3)和输出电容(COUT)组成。开关管(Q3)周期性地开关，使电感器（L1）产生脉冲电压。通过这种方式，输入电压经过电感器（L1）和开关管(Q3)的周期性切换，得到较低的输出电压。
反馈控制：LT3063通过比较输出电压（VOUT）和参考电压进行反馈控制，以维持稳定的输出电压。当输出电压低于设定值时，控制电路会增加开关管(Q3)的导通时间，从而提高输出电压。当输出电压高于设定值时，控制电路会减少开关管(Q3)的导通时间，从而降低输出电压。
脉宽调制：LT3063使用固定频率脉宽调制（PWM）控制方式，根据反馈控制的结果调整开关管(Q3)的导通时间。脉宽调制技术可以确保输出电压稳定，并且具有快速响应的特点。
输出滤波：输出电流经过输出电容(COUT)进行滤波，以平稳输出电压，并去除可能引入的噪声。

总之，LT3063正线性稳压器通过固定频率同步降压拓扑、反馈控制和脉宽调制等技术，实现输入电压到稳定输出电压的转换。通过控制开关管导通时间，LT3063可以根据反馈信号实时调整输出电压，从而实现高效、稳定和可靠的电压稳压功能。

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RP2040十二指神探扩展板是一款基于树莓派基金会推出的微控制器RP2040制作的多功能硬件调试助手 - 取名为“12指神探”，意为它有12根引脚、功能灵活、搭配不同的程序，可以做成各种调试器。这主要得益于RP2040的几个特性：

内部有两个Arm Cortex M0+的内核，官方推荐时钟为133MHz，实际超频到250MHz没有问题；
每根管脚都可以独立编程（类似FPGA的状态机，可以通过汇编语言编程）使用的PIO，可以用来生成各种常用的、以及自定义的协议；
RP2040的管脚可以灵活配置后成组支持最常用的串行总线 - SPI、I2C、UART以及PWM；
原生支持MicroPython，方便对软件不是很擅长的用户根据需要从网上获取开源的程序灵活使用，而不彼此影响。

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三、原理图及芯片介绍

整个原理图设计如下，使用了FastBond活动中要求的一个厂商的芯片，ADI公司的LT3063芯片，下面将做详细介绍。

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LT3063产品描述：

LT3063 是一款微功率、低压差 (LDO) 线性稳压器，其工作在 1.6V 至 45V 的电源范围，它具有固定输出系列和可调版本。该器件可提供 200mA 的输出电流和一个 300mV 的典型压差电压。单个外部电容器提供了可编程低噪声基准性能和输出软起动功能。LT3063 的静态电流仅为 45μA，并利用一个最小 3.3μF 的输出电容器实现了快速瞬态响应。在停机模式中，静态电流小于 3μA，而且基准软起动电容器复位。

LT3063 具有一个 NMOS 下拉电阻器，这负责在 SHDN 或 IN 被驱动至低电平的情况下对输出进行放电。

内部保护电路包括反向电池保护、反向电流保护、具折返的电流限制和热停机。

LT3063 具有 3.3V 和 5V 的固定输出电压，并且可用作具 600mV 基准到高达 19V 输出电压范围的可调器件。LT3063 采用耐热增强型 8 引脚 2mm x 3mm DFN 和 MSOP 封装。

芯片特性：

输入电压范围：1.6V至45V
输出电流：200mA
输出放电
静态电流：45µA
压降电压：300mV
低噪声：30µVRMS（10Hz至100kHz）
可调输出（VREF = 600mV）
固定输出电压：3.3V、5V
输出容差：±2%负载、线路和温度波动单电容软启动参考电压并降低输出噪声
关机电流<3µA
反向电池保护
电流限制折叠回路和热限制保护
8引脚2mm×3mm的DFN和MSOP封装

应用：

电池供电型系统
汽车电源
工业电源
航空电子设备电源
便携式仪器
医疗仪器

引脚功能：

REF/BYP (Pin 1): 将单个电容从该引脚连接到GND可以绕过LT3063的参考噪声并软启动参考。在10Hz至100kHz的带宽范围内，10nF旁路电容通常可将输出电压噪声降低至30μVRMS。软启动时间与REF/BYP电容值成正比。如果LT3063处于关机状态，则内部设备主动将REF/BYP拉低以复位软启动。如果不需要低噪声或软启动性能，则该引脚必须保持浮动(未连接)。不要用任何有源电路驱动这个引脚。

ADJ (Pin 2):这个引脚是误差放大器的反相端。其典型的偏置电流为15nA，从引脚流出(参见典型性能特性部分中的ADJ引脚偏置电流与温度的曲线)。ADJ引脚电压参考地为600mV。

OUT (Pins 3, 4): 这些引脚为负载供电。最小输出电容为3.3µF，以防止振荡。大负载瞬态应用需要更大的输出电容来限制峰值电压瞬态。有关反向输出特性的更多信息，请参阅应用程序信息部分。输出电压范围为600mV ~ 19V。如果LT3063处于关机状态，则由内部NMOS器件主动放电OUT。控制栅极驱动以确保10μF电容器在2ms或更短时间内放电90%。如果IN驱动为低电平，OUT主动放电至~800mV。当输出电压大于6V时，采用限流折叠保护NMOS器件，提高放电速率。有关更多信息，请参阅应用程序信息部分。

IN (Pins 5, 6): 如果LT3063距离主输入滤波器电容超过6英寸，则需要在IN处安装旁路电容。一般来说，电池的输出阻抗随频率上升，因此在电池供电的电路中加入旁路电容是可取的。1µF到10µF范围内的旁路电容就足够了。有关更多信息，请参阅应用信息部分中的输入电容和稳定性。LT3063可承受IN引脚相对于GND和OUT引脚的反向电压。在反向输入情况下，例如电池反向插入，LT3063的行为就像一个大值电阻与其输入串联一样。有限的反向电流流入LT3063，没有反向电压出现在负载上。设备保护自己和负载。

~SHDN (Pin 7): 将~SHDN引脚拉低使LT3063进入低功耗状态并关闭输出。驱动~SHDN引脚的逻辑或开路集电极/漏极与上拉电阻。电阻器为开路集电极/漏极逻辑提供上拉电流，通常为几微安，而~SHDN引脚电流通常小于3µA。如果不使用，将~SHDN引脚连接到VIN。如果没有连接~SHDN引脚，LT3063将无法工作。除非连接到IN引脚，否则~SHDN引脚不能被驱动到GND以下。如果~SHDN引脚在输入电源时被驱动到GND以下，输出将导通。~SHDN引脚逻辑不能引用到负轨。

GND (Pin 8, Exposed Pad Pin 9): 将设置输出电压的外部电阻分压器的底部直接连接到GND以获得最佳调节。将暴露的pad引脚9直接绑在引脚8和PCB接地上。这种外露的衬垫通过与PCB接地的连接提供了增强的热性能。

四：结语：

FastBond活动阶段一只要求绘制出框图和原理图。在这个过程中我了解到了一个新的芯片，以及学会了通过Scheme-it网页绘制原理图，受益匪浅。