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一种常见于电动工具的多级电源设计

这份电路图展示了一个具有软启动/电源管理功能的多级稳压供电系统。它通常用于有低功耗要求的电池供电的电机驱动设备(如电动工具或者小家电),可以将24V左右的电池电压转化为稳定的 和 直流电。
以下是该电路的详细功能分析:
1. 输入保护与软开关切换 (左侧部分)
这部分的核心是 P-MOSFET (QT1),它作为整个系统的总开关。
- 电源接入 (BAT+): 电池电压从左侧输入。
- 防反接与保护: DZ1(13V 稳压管)并联在 、 极之间,防止栅源电压过高击穿 MOSFET。
- 开关控制逻辑:
- 手动/控制触发: SW1 是一个按键开关。按下时,或者当 PWR_EN 信号为高电平时,三极管 T3 导通,将 QT1 的栅极(G)拉低,从而使 QT1 导通,电源进入后级。同时按键可以通过PWR_ON_MCU网络到MCU引脚作为用作电机启动开关
- 自锁功能: PWR_ON_MCU 通常连接到微控制器的 GPIO。一旦设备启动,MCU 输出高电平维持 QT1 导通,实现“按键开机,软件关机”的功能。
2. 第一级稳压:简易串联稳压 (中间部分)
跨过二极管 D2 后,电路进入由三极管 T1 组成的线性稳压环节。
- 工作原理: 这是一个典型的由稳压管驱动的射极跟随器。
- DZ2(13V)将 T1 的基极电压固定在约 。
- T1(LRC LLBTN180)的发射极输出电压约为 。
- 考虑到三极管结压降,这里输出约 (图中也标注了 )。
- 作用: 将波动较大的电池电压预稳压到 ,提供给电机预驱
3. 第二级稳压:LDO 精准稳压 (右侧部分)
电路的最右侧使用了集成稳压芯片 U1 (MEB78L05)。
- 功能: 这是一个 的低压差稳压器 (LDO)。
- 输入输出: 输入为上一级产生的 ,输出稳定的 。
- 滤波电容: C43、C2 为输入滤波,C3、C4 为输出滤波。这种多电容组合(如 10uF 与 0.1uF 并联)是为了同时滤除低频纹波和高频噪声,保证 MCU 或传感器供电的纯净。
- 作用: 主要供给MCU
核心参数总结
| 节点 | 预计电压 | 主要功能 |
|---|---|---|
| BAT+ | 电池电压 (18-24V) | 原始电源输入 |
| B+SW | BAT+ | 经 MOSFET 切换后的受控电源 |
| +12V | 中间级稳压,供给 电机预驱 | |
| +5V | 最终输出,供给 MCU 和数字电路 |
电路设计亮点
- 低功耗关机: 通过 MOSFET 切断电源,关机状态下几乎不消耗电池电量。
- 分级降压: 采用“简易稳压 + 精准 LDO”的方案。如果直接将高压降至 ,LDO 发热会非常严重;分级降压分散了热功耗,提高了系统可靠性。
- 较低的成本: 整个模块成本在1元以下。
- 可以复用的按键: 利用按键进行软起动,并且实现了按键的复用。
一种常见于电动工具的多级电源设计
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