AC-DC开关电源在模拟量采集系统中的应用

        尽管在模拟量采集系统中,对ADC芯片等的供电一般建议最好不用AC-DC开关电源,以避免其固有的纹波大、噪声等问题,但AC-DC开关电源仍以其高效率、低价格等优点得到广泛应用,尤其是在工业控制等领域。本文介绍AC-DC开关电源在模拟量采集系统中的应用,并对可能出现的一些问题进行分析。
  AC-DC开关电源对ADC芯片工作的影响及解决方法
  电源对ADC芯片的影响,除了体现在电源抑制比(PSRR)参数上,还表现在,当ADC芯片对输入的模拟信号进行采样、保持、转换时,电源电压、参考地的变化,都会对ADC芯片内部采样电路、比较器等的工作产生影响,使得采集结果出现晃动。因此,一般ADC芯片特别是高精度ADC芯片,都建议最好用质量好的线性电源供电。如果采用AC-DC开关电源,则需要尽力避免它对ADC芯片产生影响。
   其中模拟采样用的信号调理电路、ADC和现场模拟信号不隔离,ADC芯片和CPU电源相互隔离。CPU采用控制系统内部电源。而ADC的+5V电源是由+24V电源经过+24V到+5V电源变换而来的。图中左侧部分是典型的串联、降压非隔离型DC-DC变换器的原理框图。设计中,可以根据开关管的开关频率、+5V消耗电流、要求的输出纹波最大值,计算出电感L1、电容C1的合适大小。
  为了分析出AC-DC开关电源对ADC芯片的影响,这里假设信号调理电路及ADC芯片正常运行的耗电是25mA/+5V,对于光耦部分,如果采用6N136、TLP521等三极管输出型的光耦,则当CPU不启动ADC工作时,光耦全不导通,耗电小于1mA;当CPU启动ADC工作时,将有数据输出Dout、数据准备好Ready等信号经过光耦,光耦处于导通状态,为了达到比较高的通讯速率,光耦总耗电需要25mA/+5V左右。这样,+5V负载电流将在25~50mA之间来回变动。正常AC-DC开关电源设计的输出电流应该2倍于最大负载电流,这里设为100mA,下面将要说明负载电流的变化将极大影响+5V,从而影响ADC采样稳定性。
  AC-DC开关电源的工作原理是,平时Q1的周期性开关动作,再经过L1、C1,得到所需要的输出;而当输出+5V电压发生上升/下降超过一定限度(如几十毫伏),经过采样、反馈后,开关控制电路控制Q1的开关,使得输出电压向+5V回归。在+5V负载比较恒定的情况下,输出+5V的最大纹波,可以根据采样反馈电路工作原理(比如MC34063是通过比较器和锁存器来控制Q1的开关)、开关频率等计算出来。


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