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开关电源在模拟量采集系统中的应用
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  上面只是理论分析的最坏情况,实际应用中,滤波电容等器件的非理想性、PCB布线等等,将使得电源纹波更大,ADC采样结果不稳定。有的微功率型隔离DC/DC,或者如电荷泵器件,只有开关管的周期性开关动作,而没有上述采样、反馈电路,输出更容易受到负载不稳定的影响,使得ADC采样结果更不稳定。

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图1:开关电源在模拟量采集系统中的典型应用图

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  比较好的解决办法

  1. 设法降低开关电源的负载变化,因为虽然目前开关电源的工作频率已到几百kHz以上,但开关电源的负载响应时间仍至少要几个μs,低于目前大多ADC采样的速度。比如采用光耦6N137就比6N136好,因为6N137只是静态电流比较大,而它需要的二极管导通电流小,使得电源的负载变化不会很大。或者不把模拟 5V电源接到小功率的开关电源输出上,而接到其它功率比较大的开关电源输出上,避免开关电源输出受到负载变动的影响。同样一个值得注意的问题是,不要使用ADC芯片的Ready、Dout、Din等引脚直接驱动光耦,最好通过光耦驱动电路,使得模拟和数字电源得到很好地相互隔离,避免在光耦开关时,有大的电流越过ADC芯片。

  2. 开关电源后加LDO等输出电压纹波小的器件,再供给信号调理电路、ADC芯片,保证模拟电路电源的稳定。

  3. 如果在开关电源后加LC滤波,将LC滤波后的电源供给数字部分,此时应该针对不同的负载电流大小,选择相应的L、C数值,必要的时候,要通过一定的计算、仿真及试验来加以确定。电感、电容不能过大,否则难以响应负载(光耦开/关)的变化。建议开关电源输出直接供给数字部分;同时经过LC滤波或者RC滤波,再供给信号调理电路、ADC芯片。在采用LC滤波时,还需要注意LC的谐振频率要远远偏离开关电源工作频率。比如滤波RC电路的电阻R可以取10Ω左右,电容取10μF左右。 来源:www.tede.cn

  4. 其它常规的方法也特别重要,如信号调理电路、ADC芯片的电源和地,要同光耦等数字部分的电源和地分开走线,最后单点连接。或者两者采用两个DC/DC电路分别给ADC芯片等模拟电路和光耦等数字电路供电。原因和上文分析一样,也是为了更好的避免数字、模拟之间电源的相互干扰。

  开关电源对运算放大器的影响及解决方法

  一般模拟量信号进入ADC芯片之前,要利用运算放大器进行信号调理,以提供必要的电平变换、滤波、ADC芯片驱动等等。运算放大器与ADC相接口时,容易受到电源的影响,从而也影响ADC芯片采集的稳定。图2是运算放大器与ADC的典型接口图。
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