系統電源設計與應用

     電源系統的設計對于電子設計人員來說是極大的挑戰?他們要利用有限的資源和空間在短時間內設計出靈活?高效?可靠和具有競爭力的電源系統?模塊電源(或稱電源模塊)是目前設計人員的最好選擇?以模塊式電源取代分立元件設計方案,好比用微處理器件代替集成電路?它可更靈活?更快捷地完成系統設計及開發,縮短開發或更改設計所花費的時間,節省人力及技術投資?目前,國內朝陽市電源有限公司?北京新雷能有限公司?上海福音電子模塊廠已有模塊電源生產?開關電源的可靠性對于整個系統的性能起著至關重要的作用?在開發個系統時,如果最后才設計電源的話,往往會導致成本增加?可靠性下降?一開始就將電源集成在系統中來進行整體設計,就能節約開支和時間,提高產品的質量?設計和選擇電源時應認真考慮配電方案?布局?接地回路等,以實現對負載端良好的供電,達到高電壓調整精度和低噪音,同時避免系統中電路之間的干擾?振蕩以及過熱等問題的出現?下面將對電源的特性正確的選擇和使用等問題進行闡述。

     隨著微電子技術的不斷進步,超大規模集成電路不斷涌現,微處理器及其外圍芯片也了迅速的發展?微電子技術的最新進展之一是將CPU和外圍芯片,如程序存儲器?數據存儲器?并行及串行1/O接口?定時器/計數器?中斷控制器等部件集成在一個芯片里,制造成單片計算機(簡稱單片機)( single-chip Microcomputer)。

      近年來推出的一些高檔單片機還包含有許多特殊功能單元,如A/D及D/A轉換器?調制解調器?通信控制器?鎖相環?DMA?浮點運算單元等?這樣,只要外加一些擴展電路及必要的通道接口就可以構成各種計算機應用系統,如工業控制系統?數據采集系統?自動測試系統?智能儀表?智能接口及功能模塊等,而系統電源設計是單片機所有功能得到充分發揮的重要?

      系統電源設計是應用系統設計中的一項極其重要的工作,它對整個系統是否正常運行起著至關重要的作用?電源設計時應該同時考慮功率?電平及抗干擾等問題,電源功率必須能滿足全系統的需要?系統的絕大多數器件以脈沖方式工作,對于較小的系統,功率消耗的脈沖特性更為突出,而較大的系統由于器件功耗的分散性,使得系統整體的功率消耗比較平穩?因此,單片機系統的電源必須有足夠的耐沖擊性,這就要求電源設計時留有充分的裕量,一般大系統按實際功率消耗的1.5~2倍設計,小系統按實際功率消耗的2~3倍設計?

電平設計指的是直流電壓幅度和電源在最不利(滿載)情況下的紋波電壓峰一峰值設計這兩項指標都關系到單片機系統能否實現正常運行,因此必須按系統中對電平要求最高的器件進行設計?

      分布式電源設計技術是應用系統和現代電子電路系統中最常使用的一種電源技術?所謂分布式電源是指系統中不同部件的電源相對獨立,必要時還可采用完全電隔離技術?分布式電源使電源功率分散,這對降低電源成本?提高電源效率?減少紋波系數?提高電源穩定度都有利。

分布式供電電源系統的設計應遵循“三分離”原則:系統中大功率部分和小功率部分分離。高頻部分和低頻部分分離;精密電路和一般電路分離?

      便攜式和節能要求高的電源系統的一大特點是自身能耗低,因此被廣泛地用于便攜式電子設備中?便攜系統對電源的要求與其他系統的不同之處在于:

      ①要求在允許的有效使用期間內輸出電壓?電流均能滿足系統正常工作的要求

      ②電源種類越少越好

      ③更換容易或有充電功能?

        解決這些問題是便攜式單片機系統電源設計的主要任務?在實際設計系統電源時可采取以下措施保證系統電源正常工作:

        ①合理選擇系統電路,盡量降低系統功耗?這是一個十分重要而又不易引起注意的問  題?一般地說,人們設計應用系統時最容易忽視的一個問題就是功率損耗設計?對一般系來說這并不算大問題,但對大系統?特大系統(例如千門以上的程控交換機?大型建筑的保安控制系統)以及便攜式系統來說,能耗就是一個大問題?因此在這種系統的設計中要始終考慮功率消耗問題,設計中也應把功率消耗作為具體指標,特別是便攜式單片機系統,功率消耗對設計能否達到指標有著決定性的意義。

        ②采用高能電池和低耗高效的高性能穩壓電路?當系統功率消耗的指標確定之后,系統電源的指標(確切地說是系統電池的安時數)也就確定了?對便攜式系統有時是采用與此相反的做法,先確定電池,再根據電池的安時數設計系統電路?因此,選擇高能電池是系統電源設計的基本指標?目前多用鎘鎳電池或高能堿性電池作為便攜式系統的電源?為確保系統在規定的時間內電源電壓能滿足使用要求,除要求系統集成電路芯片能適應一定的電壓變化范圍外,一般還要求電源采取一定的穩壓措施,并有電源監視報警電路

        ③選擇電源要求用一致的芯片組成系統,以減少系統電源種類?