2 软件设计
电路的两个工作模式切换由单片机完成:静态电流模式下关闭调整管以获得较低的功耗:正常模式下打开调整管降低LDO输入电压以提高带载能力。系统通过单片机对LDO输入(LDO_IN )、输出端(RESET)的电压采样监控,判断电路的工作状态并做出调整,以保护LDO不被超额负载损坏。
系统软件控制流程图如图4所示。
3 试验测试
为了验证本设计硬件及软件的实际工作效果,试验模拟车载极端环境。记录输入电压为8V与27 V时,负载为静态模式(≤0.1 mA)、150mA、250 mA、350 mA、450 mA的情况下LDO输出端疏的电压以及系统的工作温度。试验框图如图5所示。试验数据如表1所示。
从结果数据分析,当输入电压为最低8V时,由于LDO的工作特点,输入输出压差低的情况下仍然可以输出稳定的电压,且在静态模式(负载0.097 mA)下LDO前级的调整管关闭,最高温度点的温升只有0.20,此时系统功耗最低。在输入电压为27 V,负载电流超过450 mA的极端情况下,电源输出电压5.001 V,误差小于千分之一,此时最高温度点出现在LDO上,但仍属于正常范围。此情况表明:电源在超出额定负载的情况下,温度特性依然很好且输出电压稳定。
由此可见,静态通路保证了电路在待机模式下功耗最低;在高输入电压、高负载电流情况下,前级降压电路保证了LDO仍然处于正常温度范围内;负反馈环节使电源在负载变化时能够完成闭环调节,电源输出电压稳定,且误差小于千分之一。
4 结束语
本文设计了一种将常用于12V汽车系统的LDO电源应用于24 V系统车身控制器的方案。此电路结构简单,工作稳定可靠且温度特性好,是满足同样设计指标的Buck电路材料成本的1/3~1/5。相比Buck电源,木设计中基于LDO的电源工作在线性状态,EMC特性好无需采取特殊处理。为保证电源电压输出稳定且不易受负载波动影响,设计中加入了单片机监控及负反馈环节。本设计是工作在24 V汽车系统中的车身控制器,组合仪表、空调控制器等电子模块5V电源的一种低成本方案。目前,设计中的电路作为一款厢式货车车身控制器的5V电源模块使用。此电路位于车身控制器的主控电路板上,将汽车电池端的24 V直流电转换成5V,为车身控制器的主控芯片、网络收发器芯片及其他需要5V电源的电路供电。另外,后续设计可以扩展连接输出电压为1.2 V、3.3 V的LDO来提供多种电压转换。