+5v直流电源设计，直流大功率可调降压电源模块

电源是所有电子产品的能量之源，没有它，无论用户体验有多么出色，都无法实现出色的用户体验。在芯片选型阶段，研发工程师需要准确估算产品的整体功耗，并决定使用哪种电源芯片。在嵌入式领域，常用的电压有DC12V、DC5V、DC3.3V，嵌入式控制板整体功耗不是很大，所需电源芯片提供的电流在1A以内。因此，市场上主流电源芯片的输出电流都不是很大。例如，经典的7805系列电源芯片在附加散热器时可以输出高达1.5A的电流，LM2596可以输出高达1.5A的电流。 3A的。对于较大的电流，选择可能会有点困难。

今天我们推荐电源设计解决方案。核心芯片为XL4016。电源输入范围为（8 至40）VDC。输出范围可调范围为1.25 V 至36 V。配备灌电流，最大输出电流可达8A，MOS管开关频率固定为180KHz，转换效率达到96%。完全可以满足大多数嵌入式工控板的功耗要求。

1、电路原理设计该电路设计难度不大，所需外围元件相对较少，并且可以通过设置电阻来调节输出电压。本设计的输出电压为5V DC，设计原理图如下图所示。

1 - 示意图

上图是设计的电路图。该图显示，仅使用电容器、电阻器、二极管和电感器等常用元件即可完成设计。电路图解释如下。下面继续：

2、工作原理说明电源输入范围为DC（8-40）V。电容CIN为470uF/50V直插电解电容，C1为1uF/50V陶瓷电容。这两个电容器对输入电源进行滤波。电源电容CC 连接在芯片的第4 脚VC 和第5 脚VIN 之间，以旁路内部电源调节电路，推荐电容CC 参数为1uF/50V。 D1二极管反接在芯片第3脚SW和GND之间，起到续流的作用，这个二极管是根据输出电压和输出电流来确定的，二极管的过流能力就是输出电流的大小，应该是至少大30%，有足够的余量将提高设计的稳定性和寿命。电感起到储能作用，即使功率芯片内部的MOS管关断后，仍继续为负载供电。电阻R1和R2用于调节输出电压。

电路设计中使用的元件列表如下。

2 - 组件列表

3、计算输出电压电源芯片内部参考电压为1.25V，通过设置电阻R2/R1的比值计算输出电压。计算如下。

Vout=1.25(1+R2/R1)，其中1.25V是XL4016内部参考电压。

本设计所需输出电压为5V DC，经计算得出电阻R2取值为10K，精度为1%，电阻R1取值为3.3K，精度为1%。设计输出电压为5V。

4、核心部件介绍——XL4016 180KHz。输出具有短路保护，发生短路时将开关频率从180KHz降低至48KHz。封装格式为TO220-5L。该芯片共有5个引脚，其外观如下图所示。

3 - 电源芯片

5. 主要元件——续流二极管和电感这里的二极管非常重要，因此我们建议使用肖特基二极管与电感配合使用。电感器是一种可以存储电荷的储能元件，而前面也提到过，XL4016的开关频率为180KHz，这意味着芯片在工作过程中通过PWM不断地开启和关闭。讨论两种情况。

如果MOS管导通：

当MOS管导通时，电流流过电感和用户负载，同时能量储存在电感中，但此时二极管不导通，进入截止状态。

如果MOS管关断：

当MOS管关断时，电感阻止电流变化，因此电流流过的电感就不能再变化，产生反电动势，使二极管导通。此时，电感、用户负载和二极管形成回路，电感为用户负载供电，电流保持原来的方向。由于电感的存储能力有限，此时需要MOS管快速导通，因此一定程度上PWM频率越快，电压输出越平滑，纹波越小。

由于其输出电流较大，这里推荐的二极管型号为MBR1545，参数为45V/15A。二极管的实际图如下：

4-功率二极管

如下图所示，采用裸露线绕电感，参数为47uH/10A电感。

5-功率电感

为了提高电源模块的散热能力，在电源芯片XL4016和二极管MBR1545上均安装了散热器，电阻R2设计为可调电位器，以提高模块的通用性。这样就可以通过改变电位器的阻值来调节输出电压，以满足不同的电压要求。

设计的降压模块的实际图像如下图所示。

6 - 模块的物理图像

该电源设计方案解决了通用芯片输出电流低的问题，满足大功率嵌入式控制板的大电流需求，且成本低、易于实现、体积小，具有一定的实用性。

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