電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計與應(yīng)用

李志強

（1.鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院，河南鄭州450001；2.中國人民解放軍71834部隊保障部，河南滎陽450100）

在眾多硬件設(shè)計過程中，由于所選用電子電路模塊不同，所需電源往往有多個需求，在這些電源轉(zhuǎn)換過程中，通常是將輸入的單電源逐步轉(zhuǎn)換為所需的多種電源。本文設(shè)計了三種轉(zhuǎn)換電路，并通過了實際應(yīng)用，效果良好。

1 LM2575開關(guān)電源專用模塊應(yīng)用

考慮到5V電源的功耗，以及12V與5V之間的壓差，從12V到5V選擇使用開關(guān)電源，開關(guān)電源效率高，可以減少發(fā)熱量，特別適合在功率較大時。但開關(guān)電源也有其缺點，電路復(fù)雜、輸出紋波比較大。12V到5V的電源變換使用LM2575，LM2575是開關(guān)電源專用模塊。其輸出電壓值可以使固定的，也可以是可調(diào)整的。LM2575的后綴決定其輸出值，其輸出電壓有3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可調(diào)整）。LM2575所構(gòu)成的電路為典型的BUCK電路，LM2575的內(nèi)部框圖及基本連接圖如圖1所示。

圖3 5V轉(zhuǎn)3.3V電路

圖4 MAX3378功能圖

由LM2575的內(nèi)部框圖及連接圖可以看出，LM2575的連接方式是標(biāo)準(zhǔn)的BUCK拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。R2與R1的反饋值決定了輸出電壓。在LM2575-3.3V中R2為1.7K，5V中R2為 3.1K，12V中 R2為 8.84K，15V中R2為11.3K，ADJ中R2是需要外接的。本電路中選擇LM2575-5V，直接輸出5V電源。電路原理圖如圖2所示。

2 SPX1117線性模擬電源模塊應(yīng)用

在對3.3V電源要求比較高，但是功耗不是很大情況下，不必使用開關(guān)電源，應(yīng)當(dāng)用低壓差低的線性模擬電源（LDO）。合乎要求的LDO芯片有很多，Sipex半導(dǎo)體SPX1117是一種比較好的選擇，它的性價比較高，而且用一些其他產(chǎn)品可以直接進行替換，減少采購風(fēng)險，圖3是利用SPX1117電源模塊將5V轉(zhuǎn)換為3.3V電路圖。

SPX1117為一款低功耗正向壓降的電壓調(diào)節(jié)器，其可以用在一些效率高、封裝小的低功耗設(shè)計中，此款芯片非常適合便攜式電腦及電池供電的應(yīng)用中。PX1117有非常低的靜態(tài)電流，在滿負(fù)載輸出時壓差僅為1.1V。輸出電流減少時，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，自動提高效率。SPX1117輸出電壓可選，有1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V及5V的輸出電壓，輸出端只需一個10uF電容可有效地保證穩(wěn)定性。SPX1117主要特點如下有：穩(wěn)定的0.8A輸出電流、峰值1A穩(wěn)定電流、3端可調(diào)節(jié)或固定電壓輸出、靜態(tài)電流低、輸出0.8A時低壓差只需1.1V、穩(wěn)定及過流保護等。為了增加各個部分供電電源的穩(wěn)定性，在各個部分增加濾波電容，在模擬與數(shù)字部分增加磁珠，減少相互之間的干擾。

3 MAX3378電平匹配模塊應(yīng)用

在一些應(yīng)用實例中多個模塊間邏輯電平和主控制器一致可以直接相連，但也存在一些模塊與主控制器間邏輯電平不一致情況，需增加電平匹配電路。電平匹配電路芯片選擇MAX3378，MAX3378是MAX公司出的一款低電壓的電平轉(zhuǎn)換芯片，提供±15kV的靜電保護，低功耗僅1uA，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到16Mbps，主要的使用場合有SPI、I2C、智能讀卡器、便攜式POS系統(tǒng)、便攜式通信設(shè)備、低成本的串行接口、GPS、電訊設(shè)備等。

圖5 MAX3378應(yīng)用電路

圖6 電平轉(zhuǎn)換部分電路原理

MAX3378有UCSP-12、TSSOP-14和TDFN-14等封裝形式，便于不同的應(yīng)用。每片MAX3378中包含4個雙向的三態(tài)輸入輸出門，其每個三態(tài)輸入輸出門的功能圖如圖4所示。從功能圖中可以看出，在左右兩邊的IO口都是雙向的，既可以輸入又可以輸出，其輸出的邏輯電平由對應(yīng)那邊的電源決定，如IO VL的輸出邏輯電平和VL一致，IO VCC的輸出邏輯電平和VCC一致。圖5是MAX3378的基本應(yīng)用電路。

現(xiàn)舉一例，MAX3378在MFRC500讀卡器與意法半導(dǎo)體（ST）公司的STM32F103RCT6控制器之間使用，用來匹配兩邊的邏輯電平關(guān)系，MFRC500讀卡器必須使用5V供電，而控制器則需3.3V供電，原理圖如圖6所示，其中MFRC500與控制器之間需要15跟連線。為了增加射頻讀卡器模塊的通用性，在MFRC500與控制器之間增加MAX3378做為電平轉(zhuǎn)換部分，整個對MFRC500的控制通過控制器的PB口進行控制。