USB多路输出电源---原理图设计1（Boost电路）

开篇绪论

用元器件搭建一个小功率的电源模块，可以直接插在电脑的USB接口。不仅能实现降压，同时也可以升压，得到我们想要的常用电压源，甚至能实现正负电压源，按照这个思路从原理图开始做起。欢迎大家一起来讨论，如果能给大家带来乐趣的同时，也让大家从中收获更多的知识，未来还会分享我做过的各种DIY小玩意儿。

本贴用来汇总大家DIY问题中所遇到的所有技术问题，也包括元器件的购买问题。大家可以把遇到的问题在此帖子下罗列，我每天review大家的问题，并进行回复，也方便给大家问题备份与回顾。

DIY主题

DIY活动：从零开始一起制作USB多路输出电源。

下面就来给大家一步一步展示怎么从无到有设计 焊接 制作的。

一般我们用的电脑，它的USB输出是5V左右，不同的电脑，输出电流也会有所不同（台式机、标压版笔记本、低功耗版笔记本）。在开篇前要说明一下，一般的电脑USB供电输出电流0.5A，这个具体要看电脑的配置。我们这个项目，要求单个电源的最大带载能力为0.5A。

第一步：原理图设计

首先第一步，要进行原理图的设计了。

做几个比较常用的直流电压。先将USB_5V用Boost电路升压到12V，然后再分别降到5V和3.3V。我们这个板子还做了2个负压电源，用USB_5V降压至-12V，再用-12V升压到-5V。

5V_USB --> 12V, 0.5A

如上图所示，BOOST芯片我们选用的是一颗国产MT3540型号的芯片，厂家也给出了这款芯片的推荐电路，这款芯片的频率f=1.2MHz。首先要经过BOOST电路进行升压，将5V转成12V。

计算分压电阻

需要有几个元器件的参数需要进一步确认。由于输出电压Vout是12V，FB电压反馈脚的电阻值需要根据输出电压来进行匹配。通过查看数据手册，我们知道Vfb=1.2V。

根据电阻分压公式，另外，还要考虑回路的阻抗，我们可以计算出R1 R2的阻值。

Boost伏秒平衡推导

根据Boost电路的拓扑结构，来分析一下电感是如何工作的，如下图所示：

上图是Boost电路的拓扑结构，Boost之所以能够升压，是利用电感的充放电来实现的。如上图所示，当开关闭合on时，此时Vin给电感充电；当开关断开off时，此时电感放电，而且是骑在Vin之上的，相当于电源把电感给抬高了。

我们知道，之所以输出电压Vo能达到平衡，是因为电感的充电电流=放电电流。那么，我们知道电感的电流与感量的关系：

电感充电时，Δt为ton；电感放电时，Δt为toff。

同样的，我们再来分别分析ton和toff期间，电感两端的电压。

可以从上面这幅图中看出来，

计算电感量

我们刚刚分析了Boost电路占空比，那么电感的平均电流IL是多少呢？电感量应该如何取呢？

根据能量守恒，我们可以知道：

又由于电感平均电流为电流三角形面积的平均值，所以，

上面计算的电感量是在0.5A时，工作在BCM模式状态下，如果我们想让Boost电路的工作模式连续深度更深的话，需要再乘以一个0.2系数，表示负载进入100mA（0.5A*0.2）时，进入了BCM模式。

这里我们可以选择一个4.7µH 1A的标称电感。

最终确定后的Boost电路原理图

一种上位机实时反馈输出电压电流电路，压频转换芯片——AD654

当我们需要上位机实时显示某一输出结果时，可由一种简单电路实现，这个电路的主要原理就是压频转换，通过将电压值或者电流值取样，转化，送到PLC等处理设备，然后实现电压显示！

下面我们来看一下工作原理！

1.主要芯片：AD654

引脚说明：

图一 AD654引脚结构示意图

图2 简单内部结构示意图（图片来源于网络）

引脚1：FOUT振荡信号输出引脚

引脚2：地电平

引脚3：Rt输入放大器的反相输入引脚

引脚4：+Vin输入放大器的同相输入引脚

引脚5：-Vs负电源

引脚6，7：CT定时电容

引脚8：+Vs正电源

2.原理介绍

在取样电压输入芯片的4脚后，由外部设定好的振荡频率开始振荡，最高振荡频率也由外部电路设置，当经过内部NPN管跟随器处理后，得到一个驱动电流，此电流一方面向电容CT充电，另一方面驱动输出三极管，从而实现1，2引脚的连通。

3.官方标准使用电路

图3 正输入电压的标准连接

图4 负输入电压的标准连接

根据标准连接电路，可取的适当的电阻电容等达到自己的要求，输出公式上图已经写明

4.实际应用电路

此电路为将一输出电压约100~300V的电压转化为频率信号的电路

图5 实际应用电路

经过大电阻分压后，300V电压得到约5V左右的电压值，经过R12电阻输入到运放同相输入端，

输出频率随着可调电位器调节振荡电阻阻值的改变而改变，我们可以调节到自己需要的频率值，由图6公式可知：

图6 输出频率公式

假设Vin最大为10V,此电路可输出最大频率为F=10/（10×4.7×0.01）=21.23Khz

最小频率为F=10/(10×24.7×0.01）=4.04Khz

当1脚与2脚导通后，外接的光耦隔离器的初级实现导通，电子从初级到达次级实现次级导通，PLC电源输入端经过限流电阻经光耦次级输出至VFO，这就是我们想要的同步频率信号。此信号送到PLC的高速脉冲计数点，经过软件控制处理后，在转化为数字信号显示，即可达到我们想要的上位机实时电压显示！

并且光耦的引入可以有效将PLC与光耦前级电路隔离，一旦前级发生短路或者打火时，不至于串入PLC，实现对PLC的保护。

表达水平欠佳，努力改进中，如果你对电子电路元器件感兴趣，如果你是一名电气设计师，如果你是一名学生，欢迎评论交流！

头脑有点热的电子君——2019.4.13

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