设计机顶盒的水平和垂直极化天线驱动电源

基于DVB-S的机顶盒需要驱动外部水平和垂直极化天线，调整无线的方向从而得到最强的信号。驱动天线的电源由室内的机顶盒提供，而接收的信号在电源线上调制，继而进入机顶盒的信号处理单元。水平极化天线的驱动需要18V或17V电源，而垂直极化天线的驱动需要13V电源，通常13V电源工作10秒，然后 18V电源再工作5秒，如此交替进行。而在机顶盒的内部，通常由一个12V直流电源供电，有时会同时有5V和12V直流电源，本文将讨论天线驱动电源在设计中的一些问题，并给出相应的设计方案。

升压转换器的方案选取

由于18V和13V电源交替工作，因此只需要一个升压转换器，从而降低了系统的成本和体积。对于输出电压的改变，可通过改变反馈环的电阻进行调节。

调节的方式有两种：改变在反馈环电阻分压器上部的电阻，或改变在反馈环电阻分压器下部的电阻，如图1所示。


图1 调节不同的输出电压

改变上部的电阻可获得更高的输出电压精度，但电路较复杂；改变下部的电阻则电路简单，而输出电压的精度相对而言差一些。

若系统只有12V输入电源，主功率电路可直接用12V供电，而芯片的VCC电源可以用5V稳压管串联一个电阻得到5V电源给其供电。当系统有12V和5V 两路输入电源时，不建议用5V电源给主功率电路供电，此时输入电流大，芯片内部需要大额定电流的MOSFET，因此需要高成本的芯片。因此采用12V电源给主功率电路供电，5V直接给芯片VCC供电。

升压转换器设计的问题

常规的升压转换器在开关管导通时，电感激磁，电感电流线性增加，输出电容提供全部的输出负载电流。开关管关断时，电感去磁，电感电流线性降低，输入电源向输出负载提供能量。占空比为：



对于12V升压到18V，设计没有特别的考虑。从12V升压到13V，即Vo = 13V，Vin = 12V，VF = 0.4V，可得到D = 10%
电流模式的升压转换器内部电流检测信号具有前沿消隐时间，这导致内部的PWM控制器必须有一个固定的最小导通时间Ton(min)，这个时间一般在150ns~200ns的范围，可取Ton(min)=150ns。若开关频率为1MHz，从12V升到13V的导通时间为
，小于系统Ton(min)的150ns，这时候，在每个导通周期内，系统的电压会冲到很大的值，PWM控制器将进入跳脉冲的工作状态，输出的电压纹波很大。

从上面的分析可以看出，提高PWM在最高输入电压时的导通时间，保证其值必须大于系统的最小导通时间Ton(min)，PWM 控制器将不会进入跳脉冲的工作状态。这通过减小开关频率和提高VF的值就可以实现。开关频率高时，可使用小尺寸的电感和电容，从而使系统成本低、体积小，因此开关频率也不能过低。设定AOZ1905的工作频率为500kHz，导通时间为200ns，还是比较临界的值。这时，进一步使用正向导通压降大的快恢复二极管，必要时额外串联一个快恢复二极管，如图2所示，就可使控制器不进入跳脉冲的工作状态。但使用额外的二极管会稍稍降低系统效率。


图2 增大升压转换器最小占空比

测试波形

测量升压转换器，输入电压为12V，输出电压为13V，电流为0.5A，测试波形如图3所示。


图3 测试波形

图中最上面的波形为内部MOSFET的漏极和源极即开关节点的电压，中间为电感电流波形，最下面为输出的交流纹波电压。

在1.2MHz的工作频率下，不加额外二极管，可以看到输出电压纹波的峰峰值为106mV；加额外二极管时，输出电压纹波的峰峰值为72mV。在 600kHz的工作频率下，不加额外二极管，输出电压纹波的峰峰值为90mV；加额外二极管，输出电压纹波的峰峰值为38mV。在降低输出电压纹波方面，加额外二极管比降低频率更为有效。加额外二极管的同时降低频率则最有效。

结语

实验结果表明，通过调整反馈环的电阻分压器，可得到交替工作的13V/18V两路电压。降低系统的开关频率，在输出串联一个额外的二极管，并使用正向压降大的快恢复二极管，可提高系统的最小导通时间，避免系统进入跳脉冲的工作状态，产生大的纹波。

参考文献

1. 刘松. 汽车电子系统降压型DC/DC转换器的设计技巧. 电子设计应用, 2007, (5): 111~ 114

2. 刘松. BUCK变换器轻载时三种工作模式原理及应用. 电力电子技术, 2007, 41(11): 75~ 76

作者：万代半导体元件上海有限公司 刘松 顾巍 张龙    来源:电子设计应用2009年第11期