朽而不锈看模拟应用设计

3.去耦去耦――有感日本某仪器开关电源设计

很久以前国内某激光特种电源企业的设计高精度激光电源时常用AC220V风扇，没问题，工作好好的。忽然有天某外企业要求用直流12V1A风扇的，设计工程师经过计算后在原系统的辅助开关电源变压器上加了绕组做了整流输出，独立的，很简单（图1-3）。这本是UC3842开关电源没什么太难的，工人在生产试验的时候犯懒只是用12欧姆代替风扇，于是调试“成功”出货了。结果拿到客户那里一开直流风扇整个系统精度大打折扣，这对激光系统几乎是致命的。在经过全面分析后得到结论是风扇系统供电的辅助绕组中干扰到电源控制回路的供电稳定性，风扇一起动实际上是纹波噪音都加大了，这可是个典型的耦合问题，不管是控制里的耦合还是电路里的耦合概念，它所产生的耦合绝对不是如图1-4所示的去耦。



实际上面所说这类耦合干扰处理起来也好办，直接用一个独立的12V开关电源给风扇供电就没有耦了。同样类似现象的是在日本某仪器时发现其用了两个20W的独立开关电源，其中一个就是专门给风扇供电的，另一个是系统的供电，开始有人还在笑设计者这是“死心眼”，买个多输出开关电源不就成了，后来逐渐理解了人家设计者的真实用意，可能也是设计规则。

目前市售的开关电源或DC/DC转换器的输出高频开关噪声，当这些噪声混入模拟电路，放大电路中时将产生比IC芯片本身更打的噪声。如图1-4所示，为使噪声源与电源交流分离，一般采用RC低通实现，也就是去耦。图中所示的去耦电容C为达到效果一般47～100uf,R越大噪声衰减越明显，但同时也会引起压降，在合适的数值内选择，一般几十到几百欧姆。同时也应该注意RC的布线不要过长过绕电感谐振引起不必要的其他噪声，前山打跑狼后山别招来虎。



4．别看老了，仍然有需求―――DC/DC输入电容选择

在我们设计工业变送器时经常要涉及到工业现场 24V或12V电压的转换问题，直接的想法就是如何利用DC-DC控制器设计我们的电源系统，我们可选的方案是如此之多。但往往出现一个问题，工业现场经常是AC/DC开关电源供电，当你的变送器在现场安装好了之后回来一上电开关电源就保护，这时你会说自己的设计本身24V供电时也就百十毫安，不可能出现耗电过大或短路的情况。

经查你的变送器单个工作没问题，你可以质疑人家的开关电源选的容量不够是一方面，抗冲击能力差等等说法，但不可否认我们是在不知不觉中犯的错误，我们大多忽视了电源输入电容的选择，或者在设计初期没有细心去考虑这个问题，电容上电瞬间相当于“短路”的现象我们没有注意，也就是这个没注意当多个变送器电源一起上电时就让开关电源的输出产生保护，而且输入电容容量越大这个现象越明显。以往我们没有选择余地，但现在就不一样了，今天我们可以选择更多的国半的，ON的，凌特的还有TI的等公司的芯片，它们的输入电容越来越小了，情况好多了。

除了选择好 DC/DC芯片之外，我们还要关注DC/DC对整个电源系统所产生的干扰情况，许多DC/DC转换芯片带有和负载电流类似的脉冲电流，这个输入电流和输入电容的ESR决定了对整个电源系统的影响 。对于输入电容来说，低的ESR是严格要求的，在有些场合还要在输入电容上并联相应容量的陶瓷电容消除DC/DC本身所产生的高频噪声对供电系统的影响。

5. 我叫隔离电源模块，不叫隔离稳压输出模块

这类东西谁都不陌生，他就是便宜的定电压输入隔离非稳压单输出系列DC-DC模块，最常用的标称的是5V输入输出的品种，经常用在通信隔离或模拟隔离上，性能也不错。但我们用这类东西的时候要关注其如下几点：一是其输出负载一般不能小于10％（不同厂家略有区别），否则其输出电压高而且容易损坏。如果你用它来作通信芯片隔离供电，一定要看看负载多大电流，不行要并电阻消耗一些。二是如果你用你的5V系统给这个模块供电，其作为开关类器件同样产生噪音，此时你的系统也要承受这种干扰。建议LC网络消除噪音，具体操作厂商的手册上会提供一些参考。三是这类模块基本都没有输出保护，建议其输出增加带过流保护的LDO芯片使用。

如果您是用它作模拟隔离电源，更多观注其输出纹波的影响，相应的线性调整是必须的同时还要增加响应的LC网络滤掉其讨厌的开关噪声。很多对于噪声要求苛刻的模拟电路在隔离时的供电不是单纯的线性调整LDO就可以消除电源噪音，必须根据实际情况配合相应LC网络甚至RC网络消除不同频率的噪音，如果有更高精度要求建议选择真正纹波小的稳压输出型隔离模块。