開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[2]

  但如果是圖1中帶光耦的情況，開關(guān)電源的輸出不僅供給相對恒定的負(fù)載（如信號調(diào)理電路、ADC芯片），而且還要供給光耦等數(shù)字部分電路，有可能發(fā)生最壞的情況是，當(dāng)開關(guān)管Q1正處于上述穩(wěn)定工作中的關(guān)斷時刻，光耦突然被ADC導(dǎo)通，此時L1、C1將要提供50mA的負(fù)載電流，而平時穩(wěn)定工作中L1只提供25mA的電流，剩下電流只能從電容C1中獲取，使得C1上的電壓即+5V電平下降比較大。這將持續(xù)半個開關(guān)周期，直到開關(guān)管Q1打開。如果開關(guān)電源的開關(guān)頻率是100KHz，而ADC芯片數(shù)據(jù)Dout的通訊頻率也是100KHz左右，將引起輸出+5V電壓頻繁波動，造成更大的輸出紋波。在示波器上甚至能看到噪聲反饋在+24V輸入上。

  上面只是理論分析的最壞情況，實際應(yīng)用中，濾波電容等器件的非理想性、PCB布線等等，將使得電源紋波更大，ADC采樣結(jié)果不穩(wěn)定。有的微功率型隔離DC/DC，或者如電荷泵器件，只有開關(guān)管的周期性開關(guān)動作，而沒有上述采樣、反饋電路，輸出更容易受到負(fù)載不穩(wěn)定的影響，使得ADC采樣結(jié)果更不穩(wěn)定。

  比較好的解決辦法

  1.設(shè)法降低開關(guān)電源的負(fù)載變化，因為雖然目前開關(guān)電源的工作頻率已到幾百kHz以上，但開關(guān)電源的負(fù)載響應(yīng)時間仍至少要幾個μs，低于目前大多ADC采樣的速度。比如采用光耦6N137就比6N136好，因為6N137只是靜態(tài)電流比較大，而它需要的二極管導(dǎo)通電流小，使得電源的負(fù)載變化不會很大?；蛘卟话涯M+5V電源接到小功率的開關(guān)電源輸出上，而接到其它功率比較大的開關(guān)電源輸出上，避免開關(guān)電源輸出受到負(fù)載變動的影響。同樣一個值得注意的問題是，不要使用ADC芯片的Ready、Dout、Din等引腳直接驅(qū)動光耦，最好通過光耦驅(qū)動電路，使得模擬和數(shù)字電源得到很好地相互隔離，避免在光耦開關(guān)時，有大的電流越過ADC芯片。

  2.開關(guān)電源后加LDO等輸出電壓紋波小的器件，再供給信號調(diào)理電路、ADC芯片，保證模擬電路電源的穩(wěn)定。

  3.如果在開關(guān)電源后加LC濾波，將LC濾波后的電源供給數(shù)字部分，此時應(yīng)該針對不同的負(fù)載電流大小，選擇相應(yīng)的L、C數(shù)值，必要的時候，要通過一定的計算、仿真及試驗來加以確定。電感、電容不能過大，否則難以響應(yīng)負(fù)載（光耦開/關(guān)）的變化。建議開關(guān)電源輸出直接供給數(shù)字部分；同時經(jīng)過LC濾波或者RC濾波，再供給信號調(diào)理電路、ADC芯片。在采用LC濾波時，還需要注意LC的諧振頻率要遠遠偏離開關(guān)電源工作頻率。比如濾波RC電路的電阻R可以取10Ω左右，電容取10μF左右。

  4.其它常規(guī)的方法也特別重要，如信號調(diào)理電路、ADC芯片的電源和地，要同光耦等數(shù)字部分的電源和地分開走線，最后單點連接?；蛘邇烧卟捎脙蓚€DC/DC電路分別給ADC芯片等模擬電路和光耦等數(shù)字電路供電。原因和上文分析一樣，也是為了更好的避免數(shù)字、模擬之間電源的相互干擾。

  開關(guān)電源對運算放大器的影響及解決方法

  一般模擬量信號進入ADC芯片之前，要利用運算放大器進行信號調(diào)理，以提供必要的電平變換、濾波、ADC芯片驅(qū)動等等。運算放大器與ADC相接口時，容易受到電源的影響，從而也影響ADC芯片采集的穩(wěn)定。圖2是運算放大器與ADC的典型接口圖。

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