AC-DC開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的應(yīng)用
盡管在模擬量采集系統(tǒng)中，對(duì)ADC芯片等的供電一般建議最好不用AC-DC開關(guān)電源，以避免其固有的紋波大、噪聲等問(wèn)題，但AC-DC開關(guān)電源仍以其高效率、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，尤其是在工業(yè)控制等領(lǐng)域。本文介紹AC-DC開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行分析。
AC-DC開關(guān)電源對(duì)ADC芯片工作的影響及解決方法
電源對(duì)ADC芯片的影響，除了體現(xiàn)在電源抑制比（PSRR）參數(shù)上，還表現(xiàn)在，當(dāng)ADC芯片對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣、保持、轉(zhuǎn)換時(shí)，電源電壓、參考地的變化，都會(huì)對(duì)ADC芯片內(nèi)部采樣電路、比較器等的工作產(chǎn)生影響，使得采集結(jié)果出現(xiàn)晃動(dòng)。因此，一般ADC芯片特別是高精度ADC芯片，都建議最好用質(zhì)量好的線性電源供電。如果采用AC-DC開關(guān)電源，則需要盡力避免它對(duì)ADC芯片產(chǎn)生影響。
其中模擬采樣用的信號(hào)調(diào)理電路、ADC和現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)不隔離，ADC芯片和CPU電源相互隔離。CPU采用控制系統(tǒng)內(nèi)部電源。而ADC的+5V電源是由+24V電源經(jīng)過(guò)+24V到+5V電源變換而來(lái)的。圖中左側(cè)部分是典型的串聯(lián)、降壓非隔離型DC-DC變換器的原理框圖。設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)開關(guān)管的開關(guān)頻率、+5V消耗電流、要求的輸出紋波最大值，計(jì)算出電感L1、電容C1的合適大小。
為了分析出AC-DC開關(guān)電源對(duì)ADC芯片的影響，這里假設(shè)信號(hào)調(diào)理電路及ADC芯片正常運(yùn)行的耗電是25mA/+5V，對(duì)于光耦部分，如果采用6N136、TLP521等三極管輸出型的光耦，則當(dāng)CPU不啟動(dòng)ADC工作時(shí)，光耦全不導(dǎo)通，耗電小于1mA；當(dāng)CPU啟動(dòng)ADC工作時(shí)，將有數(shù)據(jù)輸出Dout、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好Ready等信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦，光耦處于導(dǎo)通狀態(tài)，為了達(dá)到比較高的通訊速率，光耦總耗電需要25mA/+5V左右。這樣，+5V負(fù)載電流將在25～50mA之間來(lái)回變動(dòng)。正常AC-DC開關(guān)電源設(shè)計(jì)的輸出電流應(yīng)該2倍于最大負(fù)載電流，這里設(shè)為100mA，下面將要說(shuō)明負(fù)載電流的變化將極大影響+5V，從而影響ADC采樣穩(wěn)定性。
AC-DC開關(guān)電源的工作原理是，平時(shí)Q1的周期性開關(guān)動(dòng)作，再經(jīng)過(guò)L1、C1，得到所需要的輸出；而當(dāng)輸出+5V電壓發(fā)生上升/下降超過(guò)一定限度（如幾十毫伏），經(jīng)過(guò)采樣、反饋后，開關(guān)控制電路控制Q1的開關(guān)，使得輸出電壓向+5V回歸。在+5V負(fù)載比較恒定的情況下，輸出+5V的最大紋波，可以根據(jù)采樣反饋電路工作原理（比如MC34063是通過(guò)比較器和鎖存器來(lái)控制Q1的開關(guān)）、開關(guān)頻率等計(jì)算出來(lái)。
