视觉导引车控制系统硬件设计(8)
(2) 开关稳压电源
由于器件中有一个工作在开关状态的晶体管(一般是MOSFET)，故称为开关电源。开关管工作于饱和导通及截止两种状态，所以开关管管耗小并且与输入电压大小无关，效率较高(一般可达80～95%)。DC/DC变换器IC可以组成升压式(Vout>Vin)、降压式(Vout<vin）及电压反转式(vout=-vin)，所以这一类电源ic在应用上较为灵活。
(3) 电荷泵电源
它的基本原理是首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需要的输出电压，常用于倍压或反压型DC-DC转换。早期的电荷泵电源输出电流小，输出电阻大，震荡频率低，静态电流大等。近年来，向着高输出电流、低功耗、大电压输入范围、可调输出的方向发展。
然后我们根据各个模块的供电需求一一进行选型、介绍。
3.3.3 数字+5V电源设计
首先考虑单片机MC9S12XS128主控芯片，因为该芯片内部有电压调节器、I/O口、A/D转换、参考电源、锁相环等部分都需要+5V额定电压供电，只有稳定的+5V电源才能保证各个模块的正常工作。因此，在+5V芯片的选型过程中，我们考虑了LM2576-5，LM2940，TPS7350三种常见的芯片。其中，LM2940、LM2576都是大电流输出，LM2576电路复杂，而TPS7350输出电流较小，但输出精度较高，
我们在面包板上搭建了相应外围电路进行性能测试，测试后发现LM2940发热量较大，上电半个小时左右，LM2940有一定的发热量，我们最终决定使用TPS7350。
TPS7350是美国TI公司生产的微功耗、低压差电源芯片，具有节电关断模式与输出电压监控功能。它静态电流极低且不随负载变化，具有集成延时微处理器复位功能以保证系统的正常工作。另外，TPS7350具有完善的保护电路,包括过热、过流及电压反接保护。利用该芯片只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路，其电路连接如图3.7所示。
图3.7 数字5V稳压电路原理图
图3.8 TPS7350芯片输入输出关系
由图3.8可以看出，在电池电压稳定在7.2V以上时，TPS7350的输出较为稳定。
光电编码器和鉴相电路对工作电流的要求较小，正常工作电流为20mA以内，因此对光电编码器和鉴相电路也用供给单片机的+5V供电。而芯片LM1881、TLC5510、ISO7240属于信号处理电路，对电流要求较低，所以，最终也采用数字D+5V供电。
3.3.4 模拟+5V电源设计
人机接口部分需要数码管显示，+5V供电需要较大电流，并且蓝牙模块要驱动无线发送模块的，也需要较大电流输出的稳压芯片，为此我们经过仔细筛选，决定采用线型稳压芯片SPX29300。本文选用了线型稳压芯片SPX29300。SPX29300是一个输出电流为3A的高精度稳压芯片，主要在低压降和快速瞬态响应的低电压应用中使用，所用的外围配置器件也很少，简化了电路的设计。
图3.9 模拟5V稳压电路原理图
3.3.5 +6V电源设计
Futaba S3010舵机的最大工作电压均为+6V，提高舵机工作电压增大舵机的灵敏性，因此均选择用+6V供电。舵机对于供电电源芯片的选择主要考虑电流因素，从该舵机技术手册上得知，两个舵机的空载电流均在100mA左右，根据最大扭矩可以得知其负载最大电流不超过400mA。
我们选择与SPX29300同系列的可调输出的芯片SPX29302，它的最大输出电流为3A，理论上满足舵机的性能要求。其基本电路如下：
图3.10 +6V稳压电路原理图
因为SPX29302是开关稳压电源芯片，在输出电容上有所要求：输出端的电容需要保证稳定的低噪声的输出。手册中建议的最低输出端的电容是10uF，我们为了保证舵机的稳定性，把电容提高到100uF，保证转向舵机和摇头舵机能够做出灵敏的响应。