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嵌入式系統(tǒng)中電源電壓的精確控制應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2009-05-07 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

圖3 供電的數(shù)字部分需要一個(gè)穩(wěn)定的5V(與模擬部分共用),數(shù)字部分通過(guò)逐位的SPI接口與DAC、ADC通信。串行收發(fā)器(U8)從PC接收VOUT設(shè)定值,J1提供的在線編程。

  模擬電路設(shè)計(jì)
  為計(jì)算電阻網(wǎng)絡(luò)中的R1、R2和R3 (見圖2),先假設(shè)流入FB引腳的電流(IFB)可以忽略(MAX1692規(guī)格表給出的最大值為50nA),設(shè)R2為49.9kΩ。FB引腳為1.25V,電流I2為25mA,遠(yuǎn)高于50nA,證明忽略IFB的決定是正確的。最后,計(jì)算R1和R2:
 ?。?)
  DAC輸出(VDAC)為最大值2.5V時(shí),降壓調(diào)節(jié)器的輸出(VOUT)應(yīng)該為最小值1.25V。代入式1:
  第一項(xiàng)為零,得到R3為50 kΩ。當(dāng)VDAC 為最小值0V時(shí), VOUT 應(yīng)該為最大值5V。代入式1 :
  得到R1值為75kΩ。
  ADC采集VOUT并將其通過(guò)SPI接口傳送給,形成閉環(huán)數(shù)字。

  數(shù)字電路設(shè)計(jì)
  DAC和ADC由逐位的SPI總線和通信。MCU是主器件,而DAC和ADC是從器件。MCU的5個(gè)引腳分別作為SCLK、MOSI、MISO、CSADC(ADC片選)、CSDAC(DAC片選)??偩€上的器件共用SCLK,為達(dá)到最高通信速度,使用32MHz的晶體供給MCU時(shí)鐘。MCU通過(guò)PC串口接收VOUT值。MAX3311是RS-232收發(fā)器,將RS-232電平轉(zhuǎn)為TTL/COMS電平。

  布局考慮
  使用寬的引線連接所有無(wú)源器件(旁路電容、補(bǔ)償電容、輸入電容、輸出電容和電感)與降壓轉(zhuǎn)換器。這些元件和FB引腳的電阻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡可能靠近降壓轉(zhuǎn)換器,以減小PCB引線電阻和噪聲干擾。降壓轉(zhuǎn)換器處需要大面積的覆銅,以降低IC在重負(fù)載下的工作溫度??梢詤⒖糓AX1692評(píng)估板。為保持信號(hào)完整性,必須盡可能將模擬信號(hào)線和數(shù)字信號(hào)線隔離開。將DAC和ADC靠近降壓器放置,用短線連接所有模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)在另一方向連接到MCU。盡可能將基準(zhǔn)靠近ADC,提供電壓基準(zhǔn)的電壓反饋線用較短的隔離線連接到ADC的REF 和GND引腳,以保證ADC的轉(zhuǎn)換精度。

  必須確保MCU下方?jīng)]有高速信號(hào)線。同時(shí),32MHz時(shí)鐘晶體盡可能靠近MCU的輸入引腳。如同所有PCB布線一樣,不允許存在90°引線轉(zhuǎn)角,所有IC都用0.1μF陶瓷電容旁路,并且盡可能地靠近供電引腳安裝。

  
  本MCU通過(guò)PC串口獲取要設(shè)定的VOUT,對(duì)應(yīng)由ADC采樣得到的降壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓。由于MCU是8位總線,而ADC是12位分辨率,將字節(jié)左移4位(相當(dāng)于乘以16),4位最低有效位置零。用C編寫,可從Maxim網(wǎng)站下載。

  測(cè)試結(jié)果
  即便是滿負(fù)載,該系統(tǒng)也可以正確地將轉(zhuǎn)換器的輸出電壓控制在設(shè)定電壓的1% 誤差內(nèi)。由ADC得到的反饋可以補(bǔ)償負(fù)載變化、失調(diào)和輸出電壓漂移,以準(zhǔn)確控制輸出電壓。圖4a和圖4b是電壓在1mA負(fù)載時(shí)的性能,圖5a表示VOUT和VDAC在VOUT 由4.5V轉(zhuǎn)變到1.5V時(shí)的變化,圖5b為VOUT和VDAC在VOUT 由1.5V轉(zhuǎn)變到4.5V時(shí)的變化。從中可以看出VOUT的下降速率比上升速率慢很多。這是由于輸出大電容放電所致(見圖2的C16)。轉(zhuǎn)換器可以非??斓貙?duì)電容充電,但負(fù)載沒有辦法使電容快速放電。注意電壓的變化速率非常接近,因?yàn)?50mA負(fù)載可以使電容足夠快地放電。這樣,一個(gè)足夠大的負(fù)載可以使VOUT以同樣速率增加或減小。

圖4 波形顯示了負(fù)載電流為1mA時(shí),降壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓(VOUT)和DAC的輸出電壓(VDAC)。圖a為VOUT從4.5V到1.5V變化時(shí)的VOUT和VDAC波形;圖b為VOUT從1.5V到4.5V變化時(shí)的VOUT 和 VDAC波形

圖5. 波形顯示了負(fù)載電流為350mA時(shí),降壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓(VOUT)和DAC的輸出電壓(VDAC)。圖a為VOUT從4.5V到1.5V變化時(shí)的VOUT和VDAC波形;圖b為VOUT從1.5V到4.5V變化時(shí)的VOUT 和 VDAC波形

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