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普通的5V電源電路,如何設(shè)計它的限流功能?

發(fā)布時間:2020-02-24 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】雖然這些78M05、LM2734以及ME2108型號的電源芯片設(shè)計方案,都能滿足5.0V的電壓輸出要求,但卻有一個功能無法提供,即無法控制電源的輸出電流大小,以達(dá)到限流的效果。
 
工程師在開發(fā)電路項目時,經(jīng)常會遇到一些電源電路設(shè)計的需求,比如在智能家居的新風(fēng)系統(tǒng)項目中,由于
 
PM2.5傳感器的工作電源為5.0V
單片機(jī)的工作電源為5.0V
WIFI射頻模塊的工作電源為5.0V
電機(jī)驅(qū)動芯片的工作電源為5.0V
 
所以在設(shè)計電源電路時,工程師一般會選擇將輸入的直流DC12V或者DC24V轉(zhuǎn)換成5.0V,用以提供其他電路系統(tǒng)的工作電源。
 
普通的5V電源電路,如何設(shè)計它的限流功能?
圖1:電路系統(tǒng)
 
對于將不同輸入電壓轉(zhuǎn)換成5.0V輸出的電路,工程師都很容易設(shè)計出相應(yīng)的方案與詳細(xì)原理圖。具體的方案可以參考:
(1)如果在不考慮功耗的條件下,工程師可以選擇78M05電源芯片實(shí)現(xiàn);
(2)如果需要實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的功能,工程師可以選擇LM2734電源芯片實(shí)現(xiàn);
(3)如果需要帶有使能(Enable)的功能,工程師也可以選擇ME2108電源芯片機(jī)實(shí)現(xiàn)。
 
雖然這些78M05、LM2734以及ME2108型號的電源芯片設(shè)計方案,都能滿足5.0V的電壓輸出要求,但卻有一個功能無法提供,即無法控制電源的輸出電流大小,以達(dá)到限流的效果。
 
什么叫做設(shè)定電源的輸出電流大???或者什么叫做電源輸出電流的限流效果?可以列舉案例說明
電路項目案例
 
78M05電源芯片輸出5.0V電壓與1.5A電流,同時驅(qū)動兩個不同的A負(fù)載與B負(fù)載,其中A負(fù)載的消耗電流為0.6A,B負(fù)載的消耗電流為0.4A。
 
顯然在此電路應(yīng)用中,78M05電源芯片的功能可以達(dá)到設(shè)計要求;但若由于A負(fù)載過載過流,消耗的電流大于0.6A,例如達(dá)到1.2A;此時A負(fù)載與B負(fù)載總計消耗的電流1.2A+ 0.4A=1.6A,超過了78M05電源芯片最大的輸出電流1.5A,進(jìn)而影響B(tài)負(fù)載的正常工作。
 
普通的5V電源電路,如何設(shè)計它的限流功能?
圖2:項目案例
 
此項目案例中,為了使A負(fù)載與B負(fù)載在工作中互不產(chǎn)生影響,互不干涉,工程師需要在78M05電源芯片輸出電路中,引入限流功能,比如:
在78M05電源芯片驅(qū)動A負(fù)載電路中,引入0.8A的限流功能,使A負(fù)載最大的工作消耗電流只能被限流在0.8A;
 
在78M05電源芯片驅(qū)動B負(fù)載電路中,引入0.5A的限流功能,使B負(fù)載最大的工作消耗電流只能被限流在0.5A。
 
加入限流功能,即使A負(fù)載出現(xiàn)過載過流問題,也不會影響B(tài)負(fù)載的正常工作;同樣即使B負(fù)載出現(xiàn)過載過流問題,也不會影響A負(fù)載的正常工作;這樣就達(dá)到了A負(fù)載與B負(fù)載互不影響、互不干涉的效果,增加了電路系統(tǒng)的工作可靠性。
 
那么針對這個電源芯片限流的功能問題,工程師該如何去解決?有沒有一個比較成熟的電路方案能達(dá)到此要求?
 
答案是肯定的,BL2554限流開關(guān)芯片及其應(yīng)用方案就能很好地解決此類問題
BL2554限流開關(guān)芯片基本電路特性
 
BL2554芯片作為限流開關(guān)類型的芯片,主要作用就是可以通過調(diào)節(jié)外部的電阻阻值大小,設(shè)定輸出的電流大??;其引腳定義圖
 
普通的5V電源電路,如何設(shè)計它的限流功能?
圖3:BL2554引腳定義圖
 
BL2554引腳定義
Pin 1引腳VOUT:芯片的電壓電流輸出引腳;
Pin 2引腳GND:芯片的參考地引腳;
Pin 3引腳ISET:芯片的限流設(shè)置功能引腳;
Pin 4引腳ON:芯片的使能(Enable)控制引腳;
Pin 5引腳VIN:芯片的電壓輸入引腳;
 
其中芯片的輸入電壓范圍為2.5V~5.5V,限制的電流范圍為0.15A~1.3A;由于輸入VIN與輸出VOUT之間損耗電阻阻值大約為250mΩ,因此輸入與輸出之間的電壓幾乎相等;
輸入電壓為5.0V,輸出電壓也為5.0V;
輸入電壓為3.3V,輸出電壓也為3.3V;
請忽略250mΩ電阻兩端產(chǎn)生的壓降差。
 
如何設(shè)定BL2554限流開關(guān)芯片的輸出電流
如何設(shè)定BL2554限流開關(guān)芯片的輸出電流大小呢?這是工程師在應(yīng)用此類方案時最核心關(guān)注的問題。
 
在BL2554芯片的基本電路特性中,限流功能主要是通過設(shè)置調(diào)節(jié)Pin 3引腳ISET的電阻阻值來實(shí)現(xiàn);具體的對應(yīng)關(guān)系
 
普通的5V電源電路,如何設(shè)計它的限流功能?
圖4:BL2554應(yīng)用電路圖
 
R4電阻阻值53K,芯片輸出的電流限制在0.5A;
R4電阻阻值25K,芯片輸出的電流限制在1.0A;
R4電阻阻值20K,芯片輸出的電流限制在1.3A;
R4電阻阻值51K,芯片輸出的電流限制在520mA;
R4電阻阻值30K,芯片輸出的電流限制在873mA;
工程師利用此電阻阻值的變化,就可以調(diào)節(jié)輸出電流的限流大小。
 
BL2554芯片的項目應(yīng)用
在了解完BL2554芯片的電路特點(diǎn)之后,工程師就可以解決項目實(shí)際開發(fā)中存在的問題。還是以78M05電源芯片的項目案例說明:
 
普通的5V電源電路,如何設(shè)計它的限流功能?
圖5:BL2554應(yīng)用系統(tǒng)圖
 
在78M05電源芯片輸出端與A負(fù)載和B負(fù)載之間,加入BL2554限流開關(guān)芯片,就可以實(shí)現(xiàn)A負(fù)載與B負(fù)載互不影響、互不干涉的效果。
當(dāng)A負(fù)載的工作電流超過BL2554芯片的限流電流873mA,BL2554芯片就會關(guān)閉輸出,使A負(fù)載停止工作,從而達(dá)到保護(hù)78M05電源芯片的作用,進(jìn)而達(dá)到不會影響B(tài)負(fù)載的工作效果;B負(fù)載工作原理與之類似。
最后的結(jié)語
研究BL2554芯片特性,雖然能解決部分的電路設(shè)計問題,但與此同時也發(fā)現(xiàn)它也存在一些不足之處
BL2554芯片的工作電壓,只有2.5V~5.5V,對于其他電壓等級如12V或者24V的電路項目,則不適用;
 
BL2554芯片的限流設(shè)定,沒有具體的量化計算公式,只是給出部分的電阻阻值與電流對應(yīng)關(guān)系,技術(shù)參數(shù)資料還有待完善;
 
BL2554芯片的本質(zhì)是一個MOS管,工程師也可根據(jù)項目的應(yīng)用需求,使用分立的MOS管搭建屬于自己的限流開關(guān)電路。
 
 
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