鉅大LARGE | 點擊量：1160次 | 2019年12月27日
嵌入式系統(tǒng)中小功率開關(guān)電源的設(shè)計
摘要：根據(jù)嵌入式系統(tǒng)電源的實際需求，以FSD200小功率單片開關(guān)電源集成電路為核心，結(jié)合可調(diào)式精密穩(wěn)壓器TL431和線性光耦PC817等外圍器件，設(shè)計并實現(xiàn)了適合嵌入式系統(tǒng)使用的多路小功率開關(guān)電源。
0引言
隨著計算機技術(shù)、半導體技術(shù)以及電子應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)以其體積小、可靠性高、功耗低、軟硬件集成度高等特點廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、過程控制、儀器儀表、航天特種、汽車船舶、網(wǎng)絡(luò)通信、特種裝備、消費產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。在這些系統(tǒng)中電源的結(jié)構(gòu)和性能起著關(guān)鍵性的作用，特別是需要使用220V交流電供電的多路電源的系統(tǒng)，其電源設(shè)計的合理性和可靠性尤為重要。過去常用的變壓器降壓、整流濾波后穩(wěn)壓的線性電源，在嵌入式系統(tǒng)要求體積小，利用率高的情況下，顯得不足。尋求體積小、效率高、成本低、可靠性好的開關(guān)電源成為一種迫切的需要。本文根據(jù)實際應(yīng)用中的體會，以小功率單片開關(guān)電源集成電路FSD200為核心，設(shè)計并實現(xiàn)了一款適合嵌入式系統(tǒng)需求的小功率開關(guān)電源。
1系統(tǒng)原理
在很多工業(yè)控制領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)中，輸入通常為220V的交流市電，而系統(tǒng)中需要多路直流電源驅(qū)動功率器件和微處理器系統(tǒng)。一個典型的開關(guān)電源的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，電網(wǎng)的中220V交流電首先經(jīng)過整流電路，饋送到FSD200。
該器件的輸出通過變壓器隔離耦合后，穩(wěn)壓輸出12V直流，其大小可以通過改變穩(wěn)壓電路部分來實現(xiàn)。電壓輸出端由TL431精密穩(wěn)壓器和線性光耦組成一個反饋回路，控制FSD200中的脈寬調(diào)制比例，實現(xiàn)開關(guān)電源的穩(wěn)定輸出。得到12V的直流電壓后，可以通過DC/DC變換器，得到系統(tǒng)需要的5V、3.3V和2.7V等所需電源。
2FSD200結(jié)構(gòu)原理
FSD200是Fairchild公司近年推出的小功率單片開關(guān)電源集成電路，輸出功率7W，內(nèi)部集成了PWM控制及功率MOS管，并有過熱保護、過負荷保護、欠壓鎖存、軟起動、電流限制等功能，其獨特的頻率抖動電路能較好地減弱電磁干擾。
FSD200單片開關(guān)電源的內(nèi)部框圖如圖2所示。
FSD200單片開關(guān)電源啟動時，直流高壓電源通第8引腳Vstr進入芯片內(nèi)部的高壓調(diào)節(jié)器，再穩(wěn)壓到7V作為芯片的工作電壓Ucc，同時以約100μA的電流源向參考電壓及欠壓鎖存模塊充電。第5引腳Vcc的外接電容一般選在10~47μF，這種方式省去了通常開關(guān)電源須采用反饋線圈提供工作電壓的需要。
FSD200是電壓控制模式器件，與典型的開關(guān)電源電路一樣，采用線性光耦PC817與可調(diào)式精密穩(wěn)壓器TL431組成高頻變壓器二次側(cè)的電壓反饋網(wǎng)絡(luò)。當負載變化引起輸出電壓變化時，反饋網(wǎng)絡(luò)將信號回饋至第4引腳Vfb，與振蕩器送出的鋸齒波比較，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波脈寬的變化，最后使高頻變壓器二次側(cè)的輸出電壓穩(wěn)定，完成反饋控制。
