基于TLE7368-3E直流转换器的电源设计及分析

吴振英，孟桂芳

(苏州工业职业技术学院电子与通信工程系，江苏苏州215104)

电源是电路中不可缺少的重要部分，电源的好坏直接影响了电子设备的各项指标。电源被广泛应用于军事科研、电力系统、航天航空、计算机、家用电器等众多领域中，它主要给电路提供电流和电能。随着工农业生产和科技的迅速发展，在国防军工、太阳能光伏独立发电系统、汽车电源等领域中，对电源的性能指标要求越来越高。为了节约成本，提高电路的效率，很多研发人员致力于功耗、效率、电源稳定性等参数的研究。根据不同需求，本文对基于TLE7368-3E 直流转换器的电源进行了设计及分析，TLE7368 这款芯片以其独有的优势在许多领域中获得了广泛应用。

1 系统介绍

1.1 TLE7368芯片介绍

TLE7368 是专用的为Infineon 高性能微控制单元开发的一款多功能型电源芯片，芯片内部主要集成了脉宽调制(PWM)控制器，线性稳压输出(LDO)，Watchdog 看门狗电路等，并且TLE7368 级联降压转换器与线性稳压器实现最低的功耗和电压，该芯片允许电源可以在环境温度较高的场合应用。它的优势在于价格较低以及应用范围较广，可以用于航空能源、汽车电源等电路中。TLE7368 通过两级电源的转换方式完成对整个控制系统的供电；第一级通过PWM 控制将24 V电压转为5.5 V，第二级再通过LDO 将5.5 V 电压转为5、3.3和1.5 V 以满足各个领域中电路的各个芯片对电源的要求。TLE7368 的内部结构如图1 所示。

图1 TLE7368的内部结构图

本文中的直流变换器选用TLE7368-3E。它的主要特点有：高效的新一代微控制器的供应系统，4.5～45 V 的输入电压范围；－40～+150 ℃的工作温度范围；较低的损耗；集成的线性稳压器控制电路；硬件可选的输出电压为1.0 或2.6 V。

1.2 TLE7368-3E的电源测序图

TLE7368-3E 的电源测序图如图2 所示。

图2 TLE7368-3E的电源测序图

2 TLE7368-3E直流转换器的电源硬件方案设计

本文主要设计基于TLE7368-3E 直流转换器的电源。由于日常电路中MCU 芯片的内核电压不是一个固定的电压值，有的芯片是1.5 V，有的芯片是3.3 V，而很多模块的功能芯片的供电电压为5 V，所以需要将蓄电池24 V 高电压进行降压处理以实现对系统的供电。它的主要作用是为电路的各部分提供合适的电源电压。TLE7368-3E 芯片能满足电压变换的要求，电源转换电路如图3 所示。

图3 电源转换电路

我们从电源转换电路中可以看出，该电路可以输出5.5、3.3、1.5 V 三种不同的电压。电路一般可分为电源输入模块和电源输出模块。其中电源输入电路主要给控制器系统供电，电源输出电路主要给相关设备供电。

2.1 电源输入电路

(1)硬件电路介绍

电源输入电路如图4 所示。电源输入电路包括输入防反接保护电路、瞬态过压保护电路、滤波电路、电源转换电路、电源侦测电路、传感器供电电路六部分。

图4 电源输入电路

其中输入防反接保护电路由Q1、Z1、R2 构成，其工作原理是：当电源正负极性接反的时候，场效应管Q1 不导通，则系统无法正常上电，也就是当电源反接时电路不能正常工作；滤波电路由C1、C2 构成，当输入电源的电压值发生变化时，通过滤波电路滤掉输入电源中脉动成分，经过滤波电容后可以提供平滑的电压，保证了工作电源的稳定性；电源监测电路由R3、R4、C3 构成，它们主要构成电池电压输入反馈，经过R3、R4 分压以及C3 滤波之后信号进入微处理器，进行电源电压诊断及处理。

(2)波形测试

本电路以5.5 V 输入为例进行电源输入图像的测试。我们分两次进行测试，一组选取的输入电压从5.5～16 V；另外一组选取的输入电压从5.5～32 V，通过仪器测得波形如图5、图6所示。实际测试中我们还进行了多组不同输入电压的测量，由于篇幅有限，本文不再阐述。

图5 5.5~16 V输入波形图

图6 5.5~32 V输入波形图

为了验证输入电源反接保护电路是否能达到预期的效果，我们通过仪器测试了一组电源反接时的波形。测得的电源反接波形如图7 所示。

通过波形我们可以看到，图像和实际设计的电路结果一致。

图7 电源反接波形图

2.2 电源输出电路

(1)硬件电路介绍

典型的电源输出电路一般由传感器电源输出电路、电源反馈电路、滤波电路等电路组成，本文主要对传感器电源输出电路进行介绍，我们选择24 V 为传感器输出电压，电路如图8所示。

图8 传感器电源输出电路

24 V_PWR 是 MCU 输出控制信号，控制 Q3，Q3 就开始工作，产生24 V 输出，再经过磁珠及电容滤波之后给电路的各部分传感器供电。如果输出是多个传感器，则可以采用相同的电路进行几路电压的输出，满足实际电路的要求。

(2)波形测试

图9 5V输出测试波形图

图10 24 V输出测试波形图

通过仪器测试，测得波形电源输出电路如图9、图10 所示。图9 为5 V 输出测试波形，图10 为24 V 输出测试波形。

3 电源芯片输出电流及功率计算

电源芯片输出电流及功率计算如表1 所示。

表1 电源芯片输出电流及功率计算

4 结束语

根据本文设计需求，设计了5、3.3 和1.5 V 的输入电源和输出电源，通过理论分析及波形的测试，TLE7368 满足设计需求，证明了文中所设计的电源输入输出电路的可行性，取得了一定的成果，同时对电源的研究具有一定的参考意义[1-2]。

[1]林渭勋.现代电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]王志强．高频开关电源[M]．广州：华南理工大学出版社，2007.