基于PI濾波器的MCU的紋波敏感電源設(shè)計(jì)

文章還介紹了一些驅(qū)動(dòng)它們的方法，并說(shuō)明有效驅(qū)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)。本文還列舉了一些接電裝置應(yīng)用電路的例子

從表面上看，我們可能認(rèn)為驅(qū)動(dòng)螺線管或閥門執(zhí)行器接縫非常簡(jiǎn)單。老實(shí)說(shuō)，在大多數(shù)情況下確實(shí)如此。打開或關(guān)閉電流并不是很困難。但是，如果我們的應(yīng)用程序需要非?？焖俚卮蜷_/關(guān)閉負(fù)載驅(qū)動(dòng)怎么辦?實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳方法是什么?

我有一些建議。

通常需要非常快速地驅(qū)動(dòng)線圈開/關(guān)的應(yīng)用

(1) 點(diǎn)陣/針式打印機(jī)頭中的螺線管。9p、18p 或 24p 打印頭的每個(gè)針都有一個(gè)線圈。針的頻率響應(yīng)將直接決定打印速度。

(2) 汽車選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)中的閥門。這些應(yīng)用需要高達(dá) 30Hz 的高頻運(yùn)動(dòng)，以獲得更好的系統(tǒng)控制精度。

(3) 工業(yè)系統(tǒng)中的氣閥。這些應(yīng)用通常需要高頻響應(yīng)以加速氣動(dòng)設(shè)備。

2.問(wèn)題：當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率增加時(shí)有什么問(wèn)題?

我相信我們會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在關(guān)閉螺線管/執(zhí)行器所需的時(shí)間;快速打開它不是問(wèn)題。

當(dāng)我們關(guān)閉感性負(fù)載時(shí)，由于自感的性質(zhì)，流動(dòng)的電流不會(huì)瞬間改變。因此，通常讓電流流過(guò)續(xù)流二極管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET)。我在下面畫了一個(gè)例子。

衰減電流有很多名稱。我們可能會(huì)使用以下術(shù)語(yǔ)之一：再循環(huán)電流、感應(yīng)反沖或反激或續(xù)流電流。

在半橋驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景中，再循環(huán)電流可以流過(guò)體二極管或?qū)γ娴?MOSFET(需要互補(bǔ)控制)。無(wú)論電流通過(guò)二極管還是導(dǎo)通狀態(tài) MOSFET 衰減，衰減速率通常都很慢，這意味著關(guān)斷時(shí)間很慢。

本IC是使用CMOS技術(shù)開發(fā)的，高精度電壓檢測(cè)IC。檢測(cè)電壓和解除電壓在內(nèi)部被固定，精度為±2.0%。

除電源端子外，另備有檢測(cè)電壓輸入端子 (SENSE端子)，即使SENSE端子電壓 (VSENSE) 下降到0 V，也會(huì)保持輸出穩(wěn)定。

同時(shí)，還內(nèi)置了SENSE端子反向連接保護(hù)電路，可以抑制反向連接時(shí)流入SENSE端子的電流。

另外，通過(guò)外接電容器還可以延遲解除信號(hào)輸出，解除延遲時(shí)間的精度為±20% (CD = 3.3 nF)。輸出形態(tài)為N溝道開路漏極輸出。

可編程電源是一種能夠提供可調(diào)節(jié)電壓和電流輸出的電源系統(tǒng)，它在工程設(shè)計(jì)、科研實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。本文將介紹如何利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)可編程電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并討論相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

第一部分：可編程電源的基本原理

可編程電源的基本原理是通過(guò)控制電源輸出的電壓和電流來(lái)滿足用戶的需求。一般情況下，可編程電源由電源模塊、電壓測(cè)量模塊、電流測(cè)量模塊和控制模塊組成。

電源模塊是提供電源輸出的核心部件，它可以通過(guò)控制電源輸出電壓和電流的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)輸出。常見的電源模塊包括開關(guān)電源和線性穩(wěn)壓電源。

電壓測(cè)量模塊用于準(zhǔn)確測(cè)量電源輸出的電壓，通常采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供給單片機(jī)進(jìn)行處理。

1、陶瓷電容器可采用各種各樣的電介質(zhì)，每個(gè)電介質(zhì)具有不同的特性，這些特性可在其溫度和電壓范圍內(nèi)極大地影響性能。最常見的兩種電介質(zhì)是Y5V和X5R，而Y5V電介質(zhì)價(jià)格低廉，可在小封裝中提供高電容，但其電容在其電壓和溫度范圍內(nèi)變化很大，不適用于DC/DC應(yīng)用。

本文引用地址：

X5R和X7R電介質(zhì)更適合于輸出電容器應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兊奶匦栽谒鼈兊墓ぷ鞣秶鷥?nèi)更穩(wěn)定，并且被高度推薦。

2、正確地選擇電容器和電感器的值會(huì)使電路更加穩(wěn)定，但是好的PCB設(shè)計(jì)仍然是避免高紋波甚至自振蕩的關(guān)鍵。

3、通過(guò)添加PI濾波器，可以更好地保護(hù)MCU的更多紋波敏感電源(例如：模擬電壓基準(zhǔn))。

4、電源余量要留足

電源一定要留足余量，一般要比負(fù)載的峰值耗電至少多20%，這樣比較安全，不會(huì)發(fā)生意想不到的故障。

電源余量不足時(shí)，電源會(huì)工作在極限狀態(tài)，電源的紋波會(huì)劇烈上升，達(dá)到幾百mV甚至幾V。所以在確定電源輸入之前，最好先估計(jì)整個(gè)板子系統(tǒng)上面的最大功耗。

電源管理芯片是一種專用的集成電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備供電的監(jiān)控、控制和管理。根據(jù)功能和應(yīng)用場(chǎng)景的不同，電源管理芯片可以進(jìn)行多種分類，以下是常見的幾類：

1.按應(yīng)用場(chǎng)景分類：可以把電源管理芯片分為內(nèi)部電源芯片和外部電源芯片。內(nèi)部電源芯片集成在目標(biāo)設(shè)備電路之中，主要控制設(shè)備內(nèi)部電源的輸出和運(yùn)行，其中包括處理器供電、I/O接口供電等;而外部電源芯片則通常以獨(dú)立方式使用，直接管理接口電源。

2.按功能分類：電源管理芯片主要包括功率適配器、開關(guān)穩(wěn)壓器、保險(xiǎn)絲、復(fù)位、低功耗模式控制、誤差檢測(cè)等功能，因此可以根據(jù)不同的功能來(lái)進(jìn)行分類。

3.按規(guī)格分類：一般根據(jù)輸入電壓范圍、輸出電壓和電流限制、效率和體積等指標(biāo)，把電源管理芯片進(jìn)行規(guī)格化分類。

電源管理芯片的主要特征包括：

1.高可靠性：電源管理芯片通常采用超過(guò)普通元器件的封裝技術(shù)和降溫技術(shù)，確保電路工作的可靠性和穩(wěn)定性。

2.高效節(jié)能：電源管理芯片具備的功率適配器、開關(guān)穩(wěn)壓器等功能可以在保證設(shè)備供電的同時(shí)，最大程度地減少功耗，延長(zhǎng)電池壽命。

3.可編程控制：電源管理芯片具備自主控制器，可以通過(guò)內(nèi)部寄存器存儲(chǔ)設(shè)備控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行模式的切換。

4.體積小巧：為了更好的嵌入設(shè)備中，電源管理芯片一般采用封裝緊湊的超小型設(shè)計(jì)，使得它們可以滿足越來(lái)越高的設(shè)備精簡(jiǎn)化要求。

5.多種保護(hù)機(jī)制：電源管理芯片具備的誤差檢測(cè)、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等機(jī)制可以為設(shè)備提供更全面、更可靠的保護(hù)。