当前位置：首页 > news >正文

TPS61170与PIC18F46K20构建数字可调高压电源方案

news 2026/7/14 5:33:21

1. 项目背景与核心器件选型

在工业控制、医疗设备和实验室仪器等领域，经常需要将较低的直流电压（如5V或12V）转换为更高的工作电压（如24V或36V）。这种DC-DC升压转换需求催生了各种高压升压芯片方案，其中TI的TPS61170因其独特的性能参数成为工程师们的热门选择。

TPS61170是一款集成1.2A开关管的单片升压转换器，采用2x2mm QFN封装，具有以下突出特性：

宽输入电压范围：3V至18V
高输出电压能力：最高38V
固定1.2MHz开关频率
轻载时采用跳周期模式提升效率
内置软启动和热保护功能

与之配合的PIC18F46K20微控制器是Microchip公司的一款经典8位MCU，具备：

64KB闪存和3.8KB RAM
内置PWM和ADC模块
宽工作电压范围(2V-5.5V)
多种低功耗模式

这对组合的优势在于：TPS61170负责高效的能量转换，PIC18F46K20则通过PWM信号动态调整输出电压，形成完整的数字可调高压电源方案。相比纯模拟方案，这种架构具有更好的灵活性和可控性。

2. 电路设计与关键参数计算

2.1 基本升压拓扑结构

TPS61170的标准升压电路如图1所示，核心元件包括：

功率电感L1：推荐4.7μH至10μH的屏蔽式电感
输出电容Cout：建议使用10μF以上的低ESR陶瓷电容
反馈电阻R1/R2：设置基准输出电压
续流二极管D1：需选用40V/1A以上的肖特基二极管

输出电压计算公式： Vout = Vfb × (1 + R1/R2) 其中Vfb为反馈基准电压1.229V

例如要获得24V输出：取R2=10kΩ，则R1需满足： 24 = 1.229 × (1 + R1/10k) → R1≈184kΩ

2.2 电感选型计算

电感值选择需平衡效率和尺寸： Lmin = (Vin × D) / (ΔIL × fsw) 其中：

D = 1 - (Vin/Vout) = 1 - (5/24) ≈ 0.79
取ΔIL为30%的峰值电流(1.2A×0.3=0.36A)
fsw=1.2MHz

计算得： Lmin = (5×0.79)/(0.36×1.2e6) ≈ 9.1μH 实际可选择10μH的CDRH3D28系列电感

2.3 功率器件应力分析

开关管峰值电流： Ipk = Iout × (Vout/Vin) + (Vin × D)/(2 × L × fsw) = 0.15×(24/5) + (5×0.79)/(2×10e-6×1.2e6) ≈ 0.72 + 0.16 = 0.88A

二极管反向电压应力： Vrev = Vout = 24V 需留至少20%余量，故选择40V规格

3. PIC18F46K20的PWM控制实现

3.1 硬件接口设计

PIC18F46K20通过以下引脚连接TPS61170：

RC2/PWM1：输出PWM信号至CTRL引脚
AN0：连接输出电压分压检测电路
数字IO：控制TPS61170的ENABLE引脚

关键配置要点：

PWM频率设置为1kHz-10kHz范围
占空比分辨率设为8位(0-255)
ADC配置为10位精度，参考电压2.5V

3.2 控制算法实现

采用增量式PID算法实现闭环控制：

// PID参数 float Kp=0.5, Ki=0.01, Kd=0.1; float error, lastError, integral; void interrupt PWM_ISR() { float setpoint = 24.0; // 目标电压 float actual = ADC_Read(0) * 0.00244; // 10位ADC转换 error = setpoint - actual; integral += error; float derivative = error - lastError; float output = Kp*error + Ki*integral + Kd*derivative; output = constrain(output, 0, 255); // 限制输出范围 PWM1_DutyCycle_Set((uint8_t)output); lastError = error; }