系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用

     電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于電子設(shè)計(jì)人員來說是極大的挑戰(zhàn)?他們要利用有限的資源和空間在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出靈活?高效?可靠和具有競(jìng)爭(zhēng)力的電源系統(tǒng)?模塊電源(或稱電源模塊)是目前設(shè)計(jì)人員的較好選擇?以模塊式電源取代分立元件設(shè)計(jì)方案,好比用微處理器件代替集成電路?它可更靈活?更快捷地完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā),縮短開發(fā)或更改設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間,節(jié)省人力及技術(shù)投資?目前,國(guó)內(nèi)朝陽市電源有限公司?北京新雷能有限公司?上海福音電子模塊廠已有模塊電源生產(chǎn)?開關(guān)電源的可靠性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用?在開發(fā)個(gè)系統(tǒng)時(shí),如果較后才設(shè)計(jì)電源的話,往往會(huì)導(dǎo)致成本增加?可靠性下降?一開始就將電源集成在系統(tǒng)中來進(jìn)行整體設(shè)計(jì),就能節(jié)約開支和時(shí)間,提高產(chǎn)品的質(zhì)量?設(shè)計(jì)和選擇電源時(shí)應(yīng)認(rèn)真考慮配電方案?布局?接地回路等,以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載端良好的供電,達(dá)到高電壓調(diào)整精度和低噪音,同時(shí)避免系統(tǒng)中電路之間的干擾?振蕩以及過熱等問題的出現(xiàn)?下面將對(duì)電源的特性正確的選擇和使用等問題進(jìn)行闡述。

     隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,超大規(guī)模集成電路不斷涌現(xiàn),微處理器及其外圍芯片也了迅速的發(fā)展?微電子技術(shù)的較新進(jìn)展之一是將CPU和外圍芯片,如程序存儲(chǔ)器?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?并行及串行1/O接口?定時(shí)器/計(jì)數(shù)器?中斷控制器等部件集成在一個(gè)芯片里,制造成單片計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱單片機(jī))( single-chip Microcomputer)。

      近年來推出的一些高檔單片機(jī)還包含有許多特殊功能單元,如A/D及D/A轉(zhuǎn)換器?調(diào)制解調(diào)器?通信控制器?鎖相環(huán)?DMA?浮點(diǎn)運(yùn)算單元等?這樣,只要外加一些擴(kuò)展電路及必要的通道接口就可以構(gòu)成各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),如工業(yè)控制系統(tǒng)?數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)?智能儀表?智能接口及功能模塊等,而系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)是單片機(jī)所有功能得到充分發(fā)揮的重要?

      系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)是應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)極其重要的工作,它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用?電源設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該同時(shí)考慮功率?電平及抗干擾等問題,電源功率必須能滿足全系統(tǒng)的需要?系統(tǒng)的絕大多數(shù)器件以脈沖方式工作,對(duì)于較小的系統(tǒng),功率消耗的脈沖特性更為突出,而較大的系統(tǒng)由于器件功耗的分散性,使得系統(tǒng)整體的功率消耗比較平穩(wěn)?因此,單片機(jī)系統(tǒng)的電源必須有足夠的耐沖擊性,這就要求電源設(shè)計(jì)時(shí)留有充分的裕量,一般大系統(tǒng)按實(shí)際功率消耗的1.5~2倍設(shè)計(jì),小系統(tǒng)按實(shí)際功率消耗的2~3倍設(shè)計(jì)?

電平設(shè)計(jì)指的是直流電壓幅度和電源在較不利(滿載)情況下的紋波電壓峰一峰值設(shè)計(jì)這兩項(xiàng)指標(biāo)都關(guān)系到單片機(jī)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行,因此必須按系統(tǒng)中對(duì)電平要求較高的器件進(jìn)行設(shè)計(jì)?

      分布式電源設(shè)計(jì)技術(shù)是應(yīng)用系統(tǒng)和現(xiàn)代電子電路系統(tǒng)中較常使用的一種電源技術(shù)?所謂分布式電源是指系統(tǒng)中不同部件的電源相對(duì)獨(dú)立,必要時(shí)還可采用完全電隔離技術(shù)?分布式電源使電源功率分散,這對(duì)降低電源成本?提高電源效率?減少紋波系數(shù)?提高電源穩(wěn)定度都有利。

分布式供電電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“三分離”原則:系統(tǒng)中大功率部分和小功率部分分離。高頻部分和低頻部分分離;精密電路和一般電路分離?

      便攜式和節(jié)能要求高的電源系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是自身能耗低,因此被廣泛地用于便攜式電子設(shè)備中?便攜系統(tǒng)對(duì)電源的要求與其他系統(tǒng)的不同之處在于:

      ①要求在允許的有效使用期間內(nèi)輸出電壓?電流均能滿足系統(tǒng)正常工作的要求

      ②電源種類越少越好

      ③更換容易或有充電功能?

        解決這些問題是便攜式單片機(jī)系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)的主要任務(wù)?在實(shí)際設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源時(shí)可采取以下措施保證系統(tǒng)電源正常工作:

        ①合理選擇系統(tǒng)電路,盡量降低系統(tǒng)功耗?這是一個(gè)十分重要而又不易引起注意的問  題?一般地說,人們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)較容易忽視的一個(gè)問題就是功率損耗設(shè)計(jì)?對(duì)一般系來說這并不算大問題,但對(duì)大系統(tǒng)?特大系統(tǒng)(例如千門以上的程控交換機(jī)?大型建筑的保安控制系統(tǒng))以及便攜式系統(tǒng)來說,能耗就是一個(gè)大問題?因此在這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要始終考慮功率消耗問題,設(shè)計(jì)中也應(yīng)把功率消耗作為具體指標(biāo),特別是便攜式單片機(jī)系統(tǒng),功率消耗對(duì)設(shè)計(jì)能否達(dá)到指標(biāo)有著決定性的意義。

        ②采用高能電池和低耗高效的高性能穩(wěn)壓電路?當(dāng)系統(tǒng)功率消耗的指標(biāo)確定之后,系統(tǒng)電源的指標(biāo)(確切地說是系統(tǒng)電池的安時(shí)數(shù))也就確定了?對(duì)便攜式系統(tǒng)有時(shí)是采用與此相反的做法,先確定電池,再根據(jù)電池的安時(shí)數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路?因此,選擇高能電池是系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)的基本指標(biāo)?目前多用鎘鎳電池或高能堿性電池作為便攜式系統(tǒng)的電源?為確保系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)電源電壓能滿足使用要求,除要求系統(tǒng)集成電路芯片能適應(yīng)一定的電壓變化范圍外,一般還要求電源采取一定的穩(wěn)壓措施,并有電源監(jiān)視報(bào)警電路

        ③選擇電源要求用一致的芯片組成系統(tǒng),以減少系統(tǒng)電源種類?