晒WEBENCH设计的过程+13串锂电池供电报警器3.3V单片机电源设计

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晒WEBENCH设计的过程+13串锂电池供电报警器3.3V单片机电源设计 [复制链接]

电动自行车中，13 串 48V 锂电池组是最主流的一款。
48V 一般是只 13 串正极材料为三元电芯的电池组。一般我们假设其电芯电压范围为 2.75V---4.25 之间，则 13 串的电池组电压范围为 35.75--- 55.25V 之间。
另外留有一定的裕量，去电源的输入电压范围为 35V 到 60V 之间。单片机选用低功耗的单片机，一般都是 3.3V 供电。所以输出电压是 3.3V.
报警器会驱动一个高分贝的蜂鸣器，峰值电流会在几十mA.所以我想 Iout 定为 100mA 应该足够了。打开 webench 设计的界面，是一个基于 FLASH 的网页。

在输入框中填写上面的数值。
在最左边的优化工具上，我们选择最小面积。然后在列表下就计算出了很多的方案，这里我挑选了一个效率相对较高的方案。


然后我们可以将 PDF 文件下载下来，分析一下一些基本的仿真情况，如果不满意，还可以在 webench 上继续优化。

我们看到，这个方案的主芯片是 TPS54061-Q1，采用 buck 拓扑，理论 PCB 面积 70 mm2，总元件数量 13 个，耗散功率 0.27W.
这个方案最明显的优势，就是占用面积小。


分析一下这个 PDF 里边的仿真结果，有助于我们更好地了解这个方案。
默认情况下，PDF 里边的参数值取最大值。这些图标都是基于 IOUT 做横轴来分析的。
第一个图是结温与 IOUT 的关系。
芯片的结温才比正常温度升高了不到 10 度，所以基本不需要加散热装置。也是因为输出电流最高才 100mA 的原因。

第二个图是占空比与输出电流的关系，我们看到随着输出电流的增加，占空比在一定范围内是逐渐增加的，电流到一定值后，占空比不再增加，稳定在 9.5% 左右不变。


第三张图是输入电容纹波电流的均方根值与输出电流的关系。我们在 100mA 输出的时候，这个电流大概为 30mA

接下来是 MOS 管的开关损耗与输出电流的关系，我们看到这个与 PWM 恰好相反，电流大了，反而开关损耗小了。在 100mA 是 基本在 55mW.

接下来还有 IC 峰值电流，感性耗散等。


效率是一个比较中药的参数，我们看到电流越大，效率越高，基本在 50% 左右。


当输入电流为 100mA 时，输出功率为 330mW.
总的损耗功率为 IC 损耗+感性损耗 266.238mW.
所以效率为 330/(330+266.238)%=55.347%.    这个效率虽然不算高，不过工作时候的持续电流不总是 100mA
今天就分析到这里。
后续有时间，会继续分析一下。