飛思卡爾智能賽車電源模塊的設計與制作

□曹 磊 程新華

一個功率轉換效率高的，且穩定、電流大的電源，在設計控制系統時很重要。它是整個系統的能量來源，所以對于電源的設計和研究十分必要。

一、電源設計

穩壓器集成電路硅片的選擇:電源模塊的設計中，有許多種電壓調節器集成電路硅片可以直接使用，為了克服電路分散元件多，焊接點多，調試繁瑣的問題，要使電路設計更簡單。所以可以采用串聯穩壓和開關穩壓兩大類芯片，開關穩壓芯片LM2596，LM2575 等的工作效率高，但電源噪聲高，自身耗電量較大，負載功率大的電路，適合采用開關穩壓電路。串聯型穩壓芯片LM7805，LM7806 等具有輸出電壓可調，輸出電流范圍大，輸出電阻小(驅動負載能力強)，穩壓性能好，輸出紋波小。負載功率小的電路，適合串聯型穩壓芯片。在電源管理芯片的選擇中，由于電池容量是7.2 V，2Ah，電壓高于各模塊額定電壓，因此選用降壓型串聯型穩壓芯片，常用的芯片有LM7805 和LM7806。但是由于指定的供電電池只有7.2 伏，以及LM7805 和LM7806 要想正常工作，其之間的輸入和輸出引腳的壓力差通常為2～3 伏，驅動電動機工作時，會引起瞬間的電池電壓下降，會影響其它模塊的正常工作。

圖1 電源管理模塊方框圖

因此利用壓差為大約0.5 伏，額定電流1A 的LM2940 系列穩壓器，給感應模塊和速度檢測感應傳感模塊提供5V 直流電源。選擇LM2941 系列可調電壓的集成電路硅片，提供給獨立的轉向伺服馬達一個6 V 直流電。動力驅動馬達電能從7.2 V 電池直接取用。考慮到引起驅動馬達啟動瞬間并不穩定，在輸入，輸出，電源加入了適合的濾波電路。電源管理模塊方框圖如圖1 所示。

二、直流穩壓電路設計原理

用LM2940 低電壓芯片，芯片封裝形式:TO－220(國產)。5 V 輸出電壓，輸出電流1 A，0.8 V 的電壓差，它含有靜態電流降低電路、限流、過熱保護、電池反向連接和反出入保護。使用它對單片機，傳感器和速度檢測模塊提供所需的5 V 直流電源，雖然相互有些干擾和影響(當然可以用三片LM2940 5 V 芯片對三個模塊獨立供電)，但簡化了電路，減輕了重量，節省了電池能量，通過比較還是可行的。用LM2941 串聯可調穩壓集成電路硅片一片，對轉向伺服馬達供應6 V 左右直流電。為了防止馬達啟動引起電壓不穩定對其他電路工作帶來影響，穩壓電路和電池都并聯有合適的濾波電容。

(一)輸出為5 伏的LM2940 穩壓。LM2940 串聯穩壓集成電路硅片是塑封三腳元件，1 號pin 為輸入，2 號pin 為公共端，三號pin 為輸出。電池7.2 V 通過100 微法電容濾波輸入到LM2940 1 管腳，2 管腳公共端接地，3 管腳輸出經100uf和0.1uf 電容濾波后輸出5V 直流電，對中央控制模塊、感應模塊和速度感應三大模塊供電。

圖2 LM29405V、LM2941 6 V 兩芯片組合的穩壓電路原理圖

(二)輸出為6 伏的LM2941 穩壓電路(LM2941 1 片，電容器4 個，電位器1 個)。LM2941 是四腳塑封立式串聯可調穩壓集成電路硅片，1 號pin 是取樣調整端，3 號pin 是公共端，5 號pin 是輸出端，4 號pin 是輸入端。電池7.2 V 通過0.1uf，100uf 電容濾波后輸入到LM2941 4 管腳，3 管腳是公共端接地，1 號pin 通過10 千歐電阻R1 取樣調整輸出，5 號pin經過100 微法，0.1 微法電容濾波，輸出6V 左右的直流電對轉向伺服馬達供電。

(三)LM29405V、LM2941 6 V 兩芯片組合的穩壓電路原理圖。實際制作時兩片電源芯片是組合在一起的，如圖2 所示。

三、結語

飛思卡爾智能賽車電源模塊自主設計的電路部分，對電子學理論及操作水平有很高的要求，花大量時間進行了篩選，實驗，最終確定了這些方案。在后來軟硬件調試和參賽實踐中，沒有出現大的故障，說明它們設計比較合理，在此供初學者參考。

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