飞思卡尔智能赛车电源模块的设计与制作

2015-11-25程新华

产业与科技论坛 2015年3期

□曹磊程新华

一个功率转换效率高的，且稳定、电流大的电源，在设计控制系统时很重要。它是整个系统的能量来源，所以对于电源的设计和研究十分必要。

一、电源设计

稳压器集成电路硅片的选择:电源模块的设计中，有许多种电压调节器集成电路硅片可以直接使用，为了克服电路分散元件多，焊接点多，调试繁琐的问题，要使电路设计更简单。所以可以采用串联稳压和开关稳压两大类芯片，开关稳压芯片LM2596，LM2575 等的工作效率高，但电源噪声高，自身耗电量较大，负载功率大的电路，适合采用开关稳压电路。串联型稳压芯片LM7805，LM7806 等具有输出电压可调，输出电流范围大，输出电阻小(驱动负载能力强)，稳压性能好，输出纹波小。负载功率小的电路，适合串联型稳压芯片。在电源管理芯片的选择中，由于电池容量是7.2 V，2Ah，电压高于各模块额定电压，因此选用降压型串联型稳压芯片，常用的芯片有LM7805 和LM7806。但是由于指定的供电电池只有7.2 伏，以及LM7805 和LM7806 要想正常工作，其之间的输入和输出引脚的压力差通常为2～3 伏，驱动电动机工作时，会引起瞬间的电池电压下降，会影响其它模块的正常工作。

图1 电源管理模块方框图

因此利用压差为大约0.5 伏，额定电流1A 的LM2940 系列稳压器，给感应模块和速度检测感应传感模块提供5V 直流电源。选择LM2941 系列可调电压的集成电路硅片，提供给独立的转向伺服马达一个6 V 直流电。动力驱动马达电能从7.2 V 电池直接取用。考虑到引起驱动马达启动瞬间并不稳定，在输入，输出，电源加入了适合的滤波电路。电源管理模块方框图如图1 所示。

二、直流稳压电路设计原理

用LM2940 低电压芯片，芯片封装形式:TO－220(国产)。5 V 输出电压，输出电流1 A，0.8 V 的电压差，它含有静态电流降低电路、限流、过热保护、电池反向连接和反出入保护。使用它对单片机，传感器和速度检测模块提供所需的5 V 直流电源，虽然相互有些干扰和影响(当然可以用三片LM2940 5 V 芯片对三个模块独立供电)，但简化了电路，减轻了重量，节省了电池能量，通过比较还是可行的。用LM2941 串联可调稳压集成电路硅片一片，对转向伺服马达供应6 V 左右直流电。为了防止马达启动引起电压不稳定对其他电路工作带来影响，稳压电路和电池都并联有合适的滤波电容。

(一)输出为5 伏的LM2940 稳压。LM2940 串联稳压集成电路硅片是塑封三脚元件，1 号pin 为输入，2 号pin 为公共端，三号pin 为输出。电池7.2 V 通过100 微法电容滤波输入到LM2940 1 管脚，2 管脚公共端接地，3 管脚输出经100uf和0.1uf 电容滤波后输出5V 直流电，对中央控制模块、感应模块和速度感应三大模块供电。

图2 LM29405V、LM2941 6 V 两芯片组合的稳压电路原理图

(二)输出为6 伏的LM2941 稳压电路(LM2941 1 片，电容器4 个，电位器1 个)。LM2941 是四脚塑封立式串联可调稳压集成电路硅片，1 号pin 是取样调整端，3 号pin 是公共端，5 号pin 是输出端，4 号pin 是输入端。电池7.2 V 通过0.1uf，100uf 电容滤波后输入到LM2941 4 管脚，3 管脚是公共端接地，1 号pin 通过10 千欧电阻R1 取样调整输出，5 号pin经过100 微法，0.1 微法电容滤波，输出6V 左右的直流电对转向伺服马达供电。

(三)LM29405V、LM2941 6 V 两芯片组合的稳压电路原理图。实际制作时两片电源芯片是组合在一起的，如图2 所示。