电源电路集合

第三章、电路设计说明

3.1 主控板的设计

3.1.1电源管理模块

图3.1 电源管理模块原理图

电源模块对于一个控制系统来说极其重要，关系到整个系统是否能够正常工作，因此在设计控制系统时应选好合适的电源。

竞赛规则规定，比赛使用智能车竞赛统一配发的标准车模用7.2V 2000mAh Ni-cd供电，而单片机系统、路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V电源，伺服电机工作电压范围4V到6V（为提高伺服电机响应速度，采用7.2V 供电），直流电机可以使用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄电池直接供电，智能车电压调节电路示例见图3。

5V电源模块用于为单片机系统、传感器模块等供电。常用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805等）和开关型稳压电源（LM2596、LM2575等）两大类。前者具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大；后者功耗小，效率高，但电路却比较复杂，电路的纹波大。对于单片机，需要提供稳定的5V电源，由于LM2940的稳压的线性度非常好，所以选用LM2940-5单独对其进行供电；而其它模块则需要通过较大的电流，而LM2596-5，转换效率高，带载能力大，缺点是其纹波电压大，不适合做单片机电源，不过对其它模块供电还是能保证充电的电源。利用LM2940-5和LM2596-5对控制系统和执行部分开供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作

4.1电源模块

比赛提供7.2V电池，整个系统需要为以下模块供电：

为单片机供电；（5V）；

为传感器供电；（5V）；

为电机驱动供电；（7.2V）；

为舵机供电（转向舵机和制动舵机）；（7.2V或6V）

可能会有发热元件，接出5V风扇供电口。

由上可以知道，系统需要7.2V、6V、5V，其中7.2V可以由电池直接供电，6V和5V就需要稳压芯片来供电了，由于有上届比赛的经验，如果把所有接到5V的电源都从一个口输出，万一出现异常状况（例如大电流），单片机必然重启，因此需要多个稳压芯片同时工作，以保证单片机正常工作。

图4.1电源模块电路图

5V稳压电路的设计：

市场上5V的稳压芯片有很多，例如LM2940、LM7805、开关型LM2575、LM2596，其中2940和7805转换效率比较低，只有40%左右，但是输出纹波很小，对于单片机这种对电源要求比较高的元件而言很适合，而2575和2596是开关型的稳压芯片，转换效率可以达到75%甚至80%以上，但是输出有纹波，很可能让单片机出现重启现象。

图4.2 LM2940电路原理图

图4.2是2940稳压的电源模块原理图，7805和2940的原理图相同，但是7805需要输入7.5V以上才可以稳定输出5V，而2940载输入电压达到6V以上就可以稳定输出5V了，因此，在给单片机供电的电源中选择2940稳压芯片。

8.1 5V稳压电路

本作品采用LM2576将电池电压稳压到5V ，LM2576具有外围电路简单、转换效率高，波形稳定等特点。电路图如下：

图8.2 5V稳压电路

2.2.1电源电路

硬件电路的主电源由7.2V的蓄电池提供，而由于电路中不同模块的工作电压和电流容量各不相同，因此需要将电池电压转换成各个模块所需电压。

CCD图像传感器是采用12V工作电源，该电压由MC34063提供。MC34063芯片转换效率高,升压的范围也比较广,所需的外围器件也较少,最大能够提供

1.5A的电流,足够CCD使用。电路原理如图

2.4。

图2.4MC34063升压斩波电路

S12最小系统板等数字电路需要稳定5V电源，选用了LM2596作为稳压芯片。当输入大于7V时，输出电压稳定在5V上。当输入电压小于7V时，输出电压比输入电压低2V。本系统的电池电压为7.2V，而控制系统要求输入电压范围为5±0.5V。所以，即使电池电压下降到6.5V，系统依然可以继续工作。而且该芯片最大的优点就是转换效率高，线形度好。电路如图2.5所示。

图2.5LM2596稳压电路

1）电源稳压电路

本系统中电源稳压电路仅为一路+5V稳压电路，为整个智能模型车自动控制系统中除后轮驱动电机和转向舵机外的所有设备供电。由于整个系统中+5V 电路功耗较小，为了降低电源纹波，我们决定使用串联型稳压电路，另外，后轮驱动电机工作时，电池电压压降较大，为提高系统工作稳定性，必须使用低压降电源稳压芯片，常用的低压降串联稳压芯片主要有LM2940和LM1117，LM 2940压降虽然比LM1117更低，但是电源纹波较大，所以我们最终选择LM1117设计电源稳压电路。电源稳压电路原理图如图3.2.

图3.2 电源稳压电路

4.5 电源供给电路

智能车虽以车为主体，但其任何行动完全由其电路控制。赛车通过自身

组建，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制

第二届全国大学生智能车竞赛技术报告

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其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。一旦电

源出现问题，各部分电路的功能将受到很大的影响。

4.5.1 S12 供电电路

在各部分电路电源中，整个电路的核心——S12 芯片的供电放在首位，

首先应保证他电源供给的安全稳定。根据S12 的技术资料，其供电电==---压

为5V.而大赛提供的电源额定电压为7.2V，实际充满电后电压则为8.2-8.5V。

因此需要一个降压芯片为S12 芯片供电。

比较常见的是线性稳压芯片7805。虽然这种线性稳压器具有输出电压恒

定或可调、稳压精度高的优点，但是由于其线性调整工作方式在工作中会造

成较大的“热损失”(其值为V 压降×I 负荷)，导致其电源利用率不高、工

作效率低下，不易达到便携式设备对低功耗的要求。2006 年第一届“飞思卡

尔”杯全国智能车邀请赛的电源为7.2V/2Ah 的镍镉电池组，由于直流电机在

高速运行时的电流达到4A。当直流电机运行半个小时左右，测得的电源电

压在+6.5V～+7.0V，而微处理器的输入电压要求为稳定的+5V，如果选用7805

线性电源管理芯片，由于工作压降要求在1.7V 以上，也就是如果使7805 输