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1、*1 1单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术第第9章章单片机系统单片机系统电源设计与抗干扰技术电源设计与抗干扰技术本章教学要求（1）熟悉单片机系统中常用的电源设计方案。）熟悉单片机系统中常用的电源设计方案。（2）掌握线性稳压电路设计方法和常用线性电）掌握线性稳压电路设计方法和常用线性电源器件的使用方法。源器件的使用方法。（3）了解常用基准电源电路、常用电源模块和）了解常用基准电源电路、常用电源模块和DC/DC电源的使用方法。电源的使用方法。（4）熟悉单片机应用系统的硬件和软件抗干扰）熟悉单片机应用系统的硬件和软件抗干扰措施。措施。（5）掌握）掌握“看门狗看门狗”抗干扰方法。抗干扰方法。*2
2、 2本 章 目 录9.1 单片机系统电源设计的考虑单片机系统电源设计的考虑因素因素9.2 线性稳压供电电源线性稳压供电电源9.2.1 三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器电源电路电源电路9.2.2 三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器电源电路电源电路9.2.3 低压差线性稳压器低压差线性稳压器（LDO）电源电路电源电路9.3 DC/DC供电电源供电电源9.3.1 降压型降压型DC/DC电源电路电源电路9.3.2 升压型升压型DC/DC电源电路电源电路9.3.3 DC/DC模块电源的选择模块电源的选择与应用与应用9.4 AC/DC供电技术供电技术9.4.1 AC/DC电源技术电源
3、技术9.4.2 AC/DC模块电源模块电源*3 39.5 基准电源的产生方法基准电源的产生方法9.5.1 稳压管基准电压源电路稳压管基准电压源电路9.5.2 集成块基准电压源电路集成块基准电压源电路9.6 干扰对单片机应用系干扰对单片机应用系统的影统的影响响9.7 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术9.7.1 无源滤波无源滤波9.7.2 有源滤波有源滤波9.7.3 去耦电路去耦电路9.7.4 屏蔽技术屏蔽技术9.7.5 隔离技术隔离技术9.7.6 接地技术接地技术9.8 软件抗干扰技术软件抗干扰技术9.8.1 软件抗干扰的一般方法软件抗干扰的一般方法9.8.2 指令冗余技术指令冗余技术9.8.3 软
4、件陷阱技术软件陷阱技术9.8.4 “看门狗看门狗”技术技术9.1 单片机系统电源设计的考虑因素 单片机系统电源设计是单片机应用系统设计中的一项重单片机系统电源设计是单片机应用系统设计中的一项重要工作要工作,电源的精度和可靠性等各项指标电源的精度和可靠性等各项指标,直接影响系统的直接影响系统的整体性能。整体性能。单片机系统的数字和模拟两部分电路对电源的要求有所单片机系统的数字和模拟两部分电路对电源的要求有所不同。不同。数字部分：以脉冲方式工作，电源功率的脉冲性较为数字部分：以脉冲方式工作，电源功率的脉冲性较为突出，如突出，如LED显示器的动态扫描会引起电源脉动。因此，显示器的动态扫描会引起电源脉
5、动。因此，为数字部分供电要考虑有足够的余量，大系统按实际功为数字部分供电要考虑有足够的余量，大系统按实际功率消耗的率消耗的1.52倍设计，小系统按倍设计，小系统按23倍设计。此外，有倍设计。此外，有时还需要多路电源或时还需要多路电源或DC/DC供电。供电。*4 49.1 单片机系统电源设计的考虑因素 模拟部分：对电源的要求不同于数字部分，模拟放大电路模拟部分：对电源的要求不同于数字部分，模拟放大电路和和A/D电路对电源电压的精度、稳定性和纹波系数要求很高，电路对电源电压的精度、稳定性和纹波系数要求很高，如果供电电压的纹波较大，回路中存在脉冲干扰，将直接影如果供电电压的纹波较大，回路中存在脉冲干
6、扰，将直接影响放大后信号的质量和响放大后信号的质量和A/D转换精度。一些模拟电路的偏置转换精度。一些模拟电路的偏置电压和基准电压也需要有很高的精度和稳定性。电压和基准电压也需要有很高的精度和稳定性。有些场合需要隔离电源，将信号传输通路完全隔离，以提高系有些场合需要隔离电源，将信号传输通路完全隔离，以提高系统的安全性和抗干扰性能。例如，光电耦合器输入统的安全性和抗干扰性能。例如，光电耦合器输入/输出电路的输出电路的供电，模拟信号隔离放大器输入供电，模拟信号隔离放大器输入/输出电路的电源。输出电路的电源。如果模拟和数字部分使用同一个电源，会使数字部分产生的高如果模拟和数字部分使用同一个电源，会使数
7、字部分产生的高频有害噪声耦合到模拟部分。因此，在模拟电路和数字电路混频有害噪声耦合到模拟部分。因此，在模拟电路和数字电路混合的单片机系统中，需要注意考虑两种电路独立供电。合的单片机系统中，需要注意考虑两种电路独立供电。*5 59.2 线性稳压供电电源 线性稳压电源线性稳压电源,是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。线性稳压电源是较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压电源线性稳压电源是较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成，有些还包含保
8、护电路、启动电路等部分。组成，有些还包含保护电路、启动电路等部分。*6 6n图图示示为为一一个个比比较较简简单单的的线线性性稳稳压压电电源源原原理理图图（示示意意图图，省省略略了了滤滤波波电电容容等等元元件件），取取样样电电阻阻通通过过取取样样输输出出电电压压，并并与与参参考考电电压压比比较较，比比较较结结果果由由误误差差放放大大电电路路放放大大后后，控控制制调调整整管管的的导导通通程度，使输出电压保持稳定。程度，使输出电压保持稳定。n优点是：反应速度快优点是：反应速度快,输出纹波较小输出纹波较小,工作产生的噪声低；缺点是：输出电压比输入电压低，效率较工作产生的噪声低；缺点是：输出电压比输入电
9、压低，效率较低，负载大时发热量大，间接地给系统增加热噪声。低，负载大时发热量大，间接地给系统增加热噪声。n常用的线性集成稳压器大致可以分为常用的线性集成稳压器大致可以分为3类：三端固定输出集成稳类：三端固定输出集成稳压器，三端可调集成稳压器，低压差线性集成稳压器。压器，三端可调集成稳压器，低压差线性集成稳压器。9.2.1 三端固定输出集成稳压器电源电路 三三端端固固定定输输出出集集成成稳稳压压器器是是一一种种串串联联调调整整式式稳稳压压器器，它它将将调调整整、输输出出和和反反馈馈取取样样等等电电路路集集成成在在一一起起形形成成单单一一元元件件，只只有有输输入入、输输出出和和公公共共接接地地3个
10、个引引出出端端，通通过过外外接接少少量量元元器器件件即即可可实实现现稳稳压，使用非常方便，故称为三端集成稳压器。压，使用非常方便，故称为三端集成稳压器。典型产品有典型产品有78xx正电压输出系列和正电压输出系列和79xx负电压输出系列。负电压输出系列。其封装及外形如图所示。正负输出型的引脚排列不同。其封装及外形如图所示。正负输出型的引脚排列不同。78xx系列为：系列为：1脚输入脚输入,2脚接地脚接地,3脚输出；脚输出；79xx系列为：系列为：1脚接地脚接地,2脚输入脚输入,3脚输出。脚输出。*7 79.2.1 三端固定输出集成稳压器电源电路 输输出出电电压压有有5,6,9,12,15,18V和
11、和24V等等多多种种,如如7805,7905,7815和和7915等。等。78xx(79xx)系列的输出电流为系列的输出电流为1A；78Mxx(79Mxx)系列输出电流为系列输出电流为0.5A；78Lxx(79Lxx)系列输出电流为系列输出电流为0.1A。78xx(79xx)系系列列属属于于线线性性稳稳压压器器,要要求求输输入入电电压压比比输输出出电电压压高高出出23V，否则就不能正常工作。，否则就不能正常工作。78xx(79xx)系系列列稳稳压压器器的的优优点点是是使使用用方方便便，不不需需作作任任何何调调整整，外外围围电电路路简简单单，工工作作安安全全可可靠靠，适适合合制制作作通通用用型型
12、、标标称称输输出出的的稳稳压压电电源源。其其缺缺点点是是输输出出电电压压不不能能调调整整，不不能能直直接接输输出出非非标标称称值电压，与一些精密稳压电源相比，其电压稳定度还不够高。值电压，与一些精密稳压电源相比，其电压稳定度还不够高。*8 89.2.1 三端固定输出集成稳压器电源电路 图图示示为为采采用用三三端端稳稳压压器器设设计计的的单单片片机机系系统统电电源源电电路路，可可以以提提供供+5V的的数数字字电电路路电电源源和和15V的的模模拟拟电电路路电电源源，注注意意二二者者的的“地地”电位不同，在电位不同，在PCB电路设计中应遵循单点接地的原则。电路设计中应遵循单点接地的原则。*9 99.
13、2.2 三端可调输出集成稳压器电源电路 78xx(79xx)系列是固定电压输出型，还有一类三端集成稳系列是固定电压输出型，还有一类三端集成稳压器是输出可调型，如压器是输出可调型，如LM317和和LM337。LM317是正电压输出，其输出电压范围为是正电压输出，其输出电压范围为1.237V。LM337是负电压输出，其输出电压范围为是负电压输出，其输出电压范围为-1.2-37V。可调型三端集成稳压器输出电流能力根据系列不同可以从可调型三端集成稳压器输出电流能力根据系列不同可以从0.15A。例如：。例如：LM317L为为0.1ALM317H为为0.5ALM317为为1.5ALM318为为5A(电压为
14、电压为1.232V)。负电压系列与此类似。负电压系列与此类似。*10109.2.2 三端可调输出集成稳压器电源电路 可调型三端集成稳压器正负电压输出型的引脚排列不同。可调型三端集成稳压器正负电压输出型的引脚排列不同。LM317（正输出型）为：（正输出型）为：1脚调整，脚调整，2脚输出，脚输出，3脚输入；脚输入；LM337（负输出型）为：（负输出型）为：1脚调整，脚调整，2脚输入，脚输入，3脚输出。脚输出。可调型三端集成稳压器的外形（可调型三端集成稳压器的外形（TO-220）和应用电路如图）和应用电路如图所示。图中的滤波电容最好采用钽电容，如果采用电解电所示。图中的滤波电容最好采用钽电容，如果采
15、用电解电容可选容可选101000 F。该电路的输出电压与该电路的输出电压与 输入电压的关系为：输入电压的关系为：*11119.2.3 低压差线性稳压器(LDO)电源电路 三端集成稳压器输入三端集成稳压器输入/输出电压差在输出电压差在23V,有的要达到有的要达到4V以上。以上。有有时时系系统统中中的的输输入入电电压压、转转换换效效率率、散散热热条条件件等等难难以以满满足足压压差差要要求求,如如电电池池供供电电系系统统利利用用3.6V产产生生3V的的电电压压,压压差差只只有有0.6V,且且转换效率也要求很高转换效率也要求很高,显然前述三端稳压器难以满足。显然前述三端稳压器难以满足。低低压压差差线线
16、性性稳稳压压器器(LowDropoutRegulator,LDO)在在逐逐步步取取代代传传统的线性稳压器。统的线性稳压器。优优点点是是输输出出噪噪声声低低,纹纹波波系系数数小小,电电源源电电压压影影响响小小,负负载载变变化化时时输输出出电电压压相相应应变变化化速速度度快快;外外部部元元件件少少(一一般般是是输输入入/输输出出端端各各有有12个个电电容容器器);尺尺寸寸小小;在在输输出出电电流流较较小小时时,LDO的的成成本本只只有有开开关关电电源成本的几分之一。源成本的几分之一。缺缺点点是是效效率率相相对对较较低低,会会随随着着输输出出电电压压的的降降低低而而降降低低。例例如如,某某款款LDO
17、稳稳压压器器,在在输输入入电电压压为为3.6V,输输出出电电压压为为3V时时效效率率为为83%,而而当当输输出出电电压压差差低低到到1.6V时时,效效率率降降低低为为43%。此此外外,LDO稳稳压压器只能用于降压场合。器只能用于降压场合。*12129.2.3 低压差线性稳压器(LDO)电源电路 LDO线线性性稳稳压压器器的的种种类类较较多多,如如LP3871系系列列芯芯片片是是超超低低压压差差线线性性稳稳压压器器,输输入入范范围围为为2.57V,输输出出电电压压规规格格有有:5.0,3.3,2.5和和1.8V。在在0.8A满满载载输输出出时时压压差差为为0.24V,在在输输出出电电流流为为80
18、mA时时压压差差只只有有24mV。具具有有关关断断和和故故障障输输出出功功能能,关关断断后后静静态态电电流流只只有有10nA,便于系统内部电源管理。其封装和应用电路如图所示。便于系统内部电源管理。其封装和应用电路如图所示。*1313(/SD)(/SD)是关断引脚是关断引脚是关断引脚是关断引脚,不使用时需要接到不使用时需要接到不使用时需要接到不使用时需要接到VINVIN。(/ERR)(/ERR)引脚在输出电压低于正常值引脚在输出电压低于正常值引脚在输出电压低于正常值引脚在输出电压低于正常值10%10%时输出低电平。时输出低电平。时输出低电平。时输出低电平。9.3 DC/DC供电电源 DC/DC模
19、模块块是是直直流流-直直流流转转换换器器,其其功功能能是是：将将直直流流电电源源电电压压转转换换为为与与之之相相同同或或不不同同的的若若干干个个直直流流电电源源电电压压,以以满满足足单单片片机机系系统统对供电电源降压、升压及隔离的要求。对供电电源降压、升压及隔离的要求。其其工工作作原原理理是是通通过过振振荡荡电电路路和和开开关关管管把把输输入入的的直直流流电电压压转转变变为为交交流流电电压压,通通过过变变压压器器变变压压之之后后,再再经经过过整整流流、滤滤波波、稳稳压压转转换换为为直流电压输出。直流电压输出。在在一一些些小小功功率率电电路路中中可可不不采采用用高高频频变变压压器器,而而直直接接
20、对对功功率率开开关关器器件输出的脉冲电压信号进行滤波。件输出的脉冲电压信号进行滤波。从从输输入入/输输出出的的关关系系而而言言,DC/DC转转换换器器有有降降压压、升升压压及及隔隔离离3种种形式的电路。形式的电路。*14149.3.1 降压型DC/DC电源电路 在单片机系统中在单片机系统中,有时需要输入电压为直流有时需要输入电压为直流1428V,输出电压为输出电压为直流直流3.3V,输出电流为输出电流为2A的电源。如果采用线性稳压器来实现的电源。如果采用线性稳压器来实现,效效率太低率太低,显然是不合适的。因此可利用降压型显然是不合适的。因此可利用降压型DC/DC(集成集成)电源电源芯片实现。芯
21、片实现。LM22676系列稳压器是单片集成系列稳压器是单片集成DC/DC变换电路芯片变换电路芯片,可用于实可用于实现降压开关稳压电源现降压开关稳压电源,其优良的线性与负载调节特性如下：其优良的线性与负载调节特性如下：输入电压范围为输入电压范围为4.542V,可以驱动电流高达可以驱动电流高达3A的负载的负载,效率可效率可达达90%。开关时钟频率为开关时钟频率为500kHz,由内置振荡器提供。由内置振荡器提供。芯片内部集成了自举二极管芯片内部集成了自举二极管,具有软启动功能具有软启动功能,使稳压器可以使稳压器可以逐步到达初始稳态工作点逐步到达初始稳态工作点,从而降低浪涌电压和电流。从而降低浪涌电压
22、和电流。内置热关断和限流功能内置热关断和限流功能,超过超过150的情况下保护芯片。的情况下保护芯片。有使能控制输入端有使能控制输入端,可使稳压器休眠至静态电流为可使稳压器休眠至静态电流为25 A的待的待机状态。机状态。*15159.3.1 降压型DC/DC电源电路 LM22676的内部结构如图所示。的内部结构如图所示。*16169.3.1 降压型DC/DC电源电路 LM22676采用采用PSOP-8或或TO-263封装，如图所示。封装，如图所示。*1717LM22676LM22676各引脚功能为：各引脚功能为：各引脚功能为：各引脚功能为：n nBOOTBOOT：提供高压侧：提供高压侧：提供高压
23、侧：提供高压侧NFETNFET的触发电压。的触发电压。的触发电压。的触发电压。n nNCNC：未连接。：未连接。：未连接。：未连接。n nFBFB：将输出反馈到内部电压误差放大器。：将输出反馈到内部电压误差放大器。：将输出反馈到内部电压误差放大器。：将输出反馈到内部电压误差放大器。n nENEN：使能控制，低电平时，稳压器关闭。：使能控制，低电平时，稳压器关闭。：使能控制，低电平时，稳压器关闭。：使能控制，低电平时，稳压器关闭。n nGNDGND：接地。：接地。：接地。：接地。n nVINVIN：输入电源电压。：输入电源电压。：输入电源电压。：输入电源电压。n nSWSW：开关输出引脚。：开关
24、输出引脚。：开关输出引脚。：开关输出引脚。9.3.1 降压型DC/DC电源电路 采用采用LM22676-ADJ设计的降压变换的电源原理图如图所示。设计的降压变换的电源原理图如图所示。*18189.3.2 升压型DC/DC电源电路 一些便携的单片机系统采用电池供电一些便携的单片机系统采用电池供电,在系统内部需要高电压时在系统内部需要高电压时,可以采用可以采用DC/DC变换器进行升压变换器进行升压,满足系统的要求。满足系统的要求。例如例如,有一单片机系统输入电压范围为直流有一单片机系统输入电压范围为直流33.6V,内部某单元内部某单元电路需要电路需要12V电压电压,电流最大为电流最大为0.2A。可
25、采用升压型。可采用升压型DC/DC电源电源芯片芯片LM2735X来实现。来实现。LM2735是单片集成升压型是单片集成升压型DC/DC变换器变换器,输入电压范围为输入电压范围为2.75.5V,输出电压范围为输出电压范围为324V,低端开关电流能力最大为低端开关电流能力最大为2.1A。外。外部元件少部元件少,效率可达效率可达90%以上。开关时钟频率有两种以上。开关时钟频率有两种,分别为分别为520kHz(LM2735X)和和1.6MHz(LM2735Y),由内置振荡器提供。采用由内置振荡器提供。采用电流模式控制电流模式控制,内部具有补偿功能、热关断功能和软启动功能内部具有补偿功能、热关断功能和软
26、启动功能,关关断模式下静态电流消耗为断模式下静态电流消耗为80nA。它广泛应用于便携设备和。它广泛应用于便携设备和USB供电设备。供电设备。*19199.3.2 升压型DC/DC电源电路 LM2735内部结构如图所示。内部结构如图所示。*20209.3.2 升压型DC/DC电源电路 LM2735的的SOT23封装如图所示。封装如图所示。各引脚的功能为：各引脚的功能为：SW：内部功率开关输出引脚。：内部功率开关输出引脚。FB：反馈输入引脚，连接外部：反馈输入引脚，连接外部电阻分压器，用于决定输出电压。电阻分压器，用于决定输出电压。EN：关断控制输入端。高电平：关断控制输入端。高电平允许芯片工作，
27、不能悬空。允许芯片工作，不能悬空。VIN：输入电源电压引脚。：输入电源电压引脚。GND：信号和电源地。：信号和电源地。*21219.3.2 升压型DC/DC电源电路 采用采用LM2735设计的升压变换电源的原理图如图所示。设计的升压变换电源的原理图如图所示。*22229.3.3 DC/DC模块电源的选择与应用 DC/DC集成稳压器应用时需要进行电路设计。目前有很多厂家集成稳压器应用时需要进行电路设计。目前有很多厂家已经设计好了成系列的已经设计好了成系列的DC/DC模块电源模块电源,应用时可以直接选用。应用时可以直接选用。DC/DC模块电源具有体积小巧、性能稳定、使用方便的特点模块电源具有体积小
28、巧、性能稳定、使用方便的特点,而而且由于大规模生产且由于大规模生产,使成本也很低。使成本也很低。DC/DC模块电源种类很多模块电源种类很多,输出功率从输出功率从1W到上百瓦到上百瓦,输出电压输出电压包括单路、正负双路、双隔离双输出和多路输出等多种形式包括单路、正负双路、双隔离双输出和多路输出等多种形式,输输出电压覆盖了常用的电源电压的要求。有出电压覆盖了常用的电源电压的要求。有SIP(单列直插式单列直插式)、DIP(双列直插式双列直插式)、表面贴装等多种形式、表面贴装等多种形式,可以直接安装在电路可以直接安装在电路板上板上,也有适合直接固定在机柜导轨上的封装形式。大多数种类也有适合直接固定在机
29、柜导轨上的封装形式。大多数种类的模块具有隔离功能的模块具有隔离功能,隔离电压有隔离电压有100012000V等多种。下图是等多种。下图是一些适合电路板上安装的一些适合电路板上安装的DC/DC模块的外形图。模块的外形图。*23239.3.3 DC/DC模块电源的选择与应用 DC/DC模块电源的典型应用如图所示。模块电源的典型应用如图所示。*2424通通通通常常常常,DC/DCDC/DC模模模模块块块块输输输输入入入入/输输输输出出出出端端端端只只只只需需需需连连连连接接接接电电电电容容容容即即即即可可可可,为为为为了了了了降降降降低低低低纹纹纹纹波波波波,可可可可串串串串联联联联电电电电感感感感
30、。在在在在使使使使用用用用时时时时,要要要要确确确确保保保保在在在在整整整整个个个个输输输输入入入入电电电电压压压压范范范范围围围围内内内内,其其其其输输输输出出出出最最最最小小小小负负负负载载载载不不不不能能能能小小小小于于于于满满满满负负负负载载载载的的的的10%10%。如如如如果果果果实实实实际际际际负负负负载载载载小小小小于于于于规规规规定定定定的的的的最最最最小小小小负负负负载载载载,该该该该DC/DCDC/DC转转转转换换换换器器器器的的的的输输输输出出出出纹纹纹纹波波波波可可可可能能能能急急急急剧剧剧剧增增增增大大大大,效效效效率率率率会会会会大大大大大大大大降低。此时可在输出端
31、并联一个适当阻值的电阻以增加负载。降低。此时可在输出端并联一个适当阻值的电阻以增加负载。降低。此时可在输出端并联一个适当阻值的电阻以增加负载。降低。此时可在输出端并联一个适当阻值的电阻以增加负载。9.4 AC/DC供电技术 随随着着电电子子设设备备体体积积不不断断缩缩小小和和质质量量不不断断减减轻轻，从从而而要要求求供电电源也要小型化。供电电源也要小型化。近近年年来来国国际际上上著著名名的的芯芯片片厂厂家家竟竟相相推推出出各各类类单单片片集集成成转转换换芯芯片片，已已成成为为国国际际上上开开发发中中、小小功功率率开开关关电电源源及及电电源源模模块的优选集成芯片。块的优选集成芯片。采采用用单单片
32、片集集成成转转换换芯芯片片构构成成AC/DC开开关关电电源源日日益益增增多多，广广泛泛应应用用于于应应用用于于办办公公自自动动化化设设备备、仪仪器器仪仪表表、无无线线通通信信设备及消费类电子产品中。设备及消费类电子产品中。采采用用这这类类芯芯片片可可以以实实现现直直接接的的AC/DC变变换换，具具有有效效率率高高、成本低的特点。成本低的特点。本本 节节 以以 安安 森森 美美（On Semiconductor）公公 司司 推推 出出 的的NCP101X芯片为例，介绍芯片为例，介绍AC/DC电源供电技术。电源供电技术。*25259.4.1AC/DC9.4.1AC/DC电源技术电源技术电源技术电源
33、技术 9.4.1 AC/DC电源技术1AC/DC电源变换原理电源变换原理AC/DC直接电源变换的原理框图如图。直接电源变换的原理框图如图。*2626输输入入的的交交流流220V电电压压经经过过浪浪涌涌电电压压抑抑制制和和EMI滤滤波波后后，经经过过整整流流电电路路转转换换成成高高压压直直流流电电压压，在在控控制制器器的的控控制制下下高高压压功功率率开开关关将将直直流流电电压压变变为为高高频频脉脉冲冲电电压压信信号号，经经过过高高频频变变压压器器并并整整流流滤滤波波稳稳压压形形成成直直流流电电压压输输出出。当当输输入入电电压压或或外外接接负负载载变变化化时时，取取样样电电路路检检测测到到输输出出
34、电电压压变变化化，经经过过反反馈馈通通道道给给控控制制器器，经经过过脉脉宽宽调调制制（PWM）电电路路，再再经经过过驱驱动动电电路路控控制制功功率率开开关关管管的的占占空比，从而达到稳定输出电压的目的。空比，从而达到稳定输出电压的目的。9.4.1 AC/DC电源技术2NCP101X单片集成单片集成AC/DC转换芯片简介转换芯片简介NCP101X系系列列低低待待机机功功率率离离线线开开关关电电源源单单片片集集成成转转换换芯芯片片,包包含含NCP1010、NCP1011、NCP1012、NCP1013和和NCP1014等等型号型号,最大输出电流可达最大输出电流可达450mA。芯片的内部结构如图所示
35、。芯片的内部结构如图所示。*27279.4.1 AC/DC电源技术NCP101X系列芯片的特点：系列芯片的特点：集集成成了了一一个个固固定定频频率率电电流流模模式式控控制制器器和和一一个个700V的的功功率率MOSFET,MOSFET的的导导通通电电阻阻RDS(on)为为11/22,电电流流模模式式控控制制器器以以固固定定频频率率工工作作,可可选选择择65kHz、100kHz或或130kHz的器件。的器件。芯芯片片采采用用动动态态自自供供电电技技术术,不不需需要要偏偏置置绕绕组组,如如果果使使用用外外部部辅辅助助绕绕组组,则则停停止止动动态态自自供供电电模模块块工工作作,这这种种情情况况下下待
36、待机机功率低于功率低于100mW。具有软启动功能具有软启动功能,能在能在1ms内进行软启动。内进行软启动。内内置置过过电电压压保保护护(OVP)电电路路和和具具有有自自恢恢复复功功能能的的输输出出短短路路保护电路。保护电路。特别适用于小功率特别适用于小功率AC/DC电源。电源。*28289.4.1 AC/DC电源技术NCP101X系列芯片具有系列芯片具有3种封装形式种封装形式,常用的常用的PIDP-7和和SOT-223封装如图所示。封装如图所示。*2929NCP101X各引脚功能为：各引脚功能为：nVCC：内部电路供电，外部连接一只：内部电路供电，外部连接一只10 F电容器。该脚可连电容器。该
37、脚可连接辅助电源以改善待机性能，同时在反馈回路出现故障时，该接辅助电源以改善待机性能，同时在反馈回路出现故障时，该脚还提供有源关断保护。脚还提供有源关断保护。nNC：未连接。：未连接。nGND：接地。：接地。nFB：为反馈信号输入。可利用光电耦合器接受输出端反馈信号：为反馈信号输入。可利用光电耦合器接受输出端反馈信号输入，根据输出功率的需要调整峰值电流设定点。输入，根据输出功率的需要调整峰值电流设定点。nDrain：为内部：为内部MOSFET的漏极。的漏极。9.4.1 AC/DC电源技术3采用采用NCP1012设计的设计的AC/DC电源电源采采用用NCP1012设设计计的的交交流流输输入入,输
38、输出出为为直直流流12V/500mA电电源源的的原理图如图所示。原理图如图所示。*3030 输输入入的的交交流流电电压压经经整整流流和和滤滤波波后后,直直接接由由NCP1012的的高高压压MOSFET开开关关控控制制,生生成成高高频频脉脉冲冲电电压压信信号号经经变变压压器器变变换换,再再经经整整流流滤滤波波输输出出。取取样样电电路路由由R3、R4组组成成,与与线线性性光光耦耦合合器器PC817组组成成隔离式光耦反馈回路。电路简单高效隔离式光耦反馈回路。电路简单高效,没有体积大的工频变压器。没有体积大的工频变压器。9.4.2 AC/DC模块电源 AC/DC模块是直接将交流电源转换成直流电源的电源
39、模块。模块是直接将交流电源转换成直流电源的电源模块。这这类类模模块块大大都都具具有有输输入入电电压压范范围围宽宽(85264VAC)、交交直直流流两两用用、高可靠性、低功耗、安全隔离等优点高可靠性、低功耗、安全隔离等优点,效率可达效率可达80%以上。以上。使用使用AC/DC模块可以简化系统的电源设计模块可以简化系统的电源设计,在电力行业在电力行业/仪器仪仪器仪表表/工业控制工业控制/通信设备通信设备/医疗行业等多个领域都有广泛应用。医疗行业等多个领域都有广泛应用。小功率集成小功率集成AC/DC模块的工作原理是：输入的交流电压首先经模块的工作原理是：输入的交流电压首先经过整流滤波后变为直流过整流
40、滤波后变为直流,内部主控芯片根据负载要求控制主控管内部主控芯片根据负载要求控制主控管的导通的导通,产生高频交流电压产生高频交流电压,经高频变压器和高频整流滤波器处理经高频变压器和高频整流滤波器处理后后,即可输出稳定的直流电压。即可输出稳定的直流电压。下图是一些电路板安装的下图是一些电路板安装的AC/DC模块的外形图。模块的外形图。*31319.4.2 AC/DC模块电源 力力源源公公司司生生产产的的AC/DC模模块块PS5W5S输输入入电电压压范范围围为为交交流流165265V,输输出出为为5V/900mA,典典型型效效率率为为70%,输输出出电电压压纹纹波波50mV,具有输出短路、过热保护具
41、有输出短路、过热保护*3232 金金升升阳阳公公司司生生产产的的AC/DC模模块块LB05-10B05输输入入电电压压范范围围为为交交流流85264VAC,50/60Hz,输输出出为为5V/1000mA,典典型型效效率率为为73%,输输出出电压纹波电压纹波50mV,具有稳压输具有稳压输功功能能,输输入入/输输出出隔隔离离电电压压为为2500V2500V。可可用用于于小小型型仪仪表表的的供供电电。图图示示为为PS5W5SPS5W5S模模块块电电源源的的典型应用电路。典型应用电路。出、输出短路、过流、过温保出、输出短路、过流、过温保护，输入护，输入/输出隔离电压达到输出隔离电压达到3000V。全塑
42、料外壳。全塑料外壳,符合符合UL94V-0。可用于小型仪表的。可用于小型仪表的供电供电,图示为其典型应用电路。图示为其典型应用电路。9.5 基准电源的产生方法 单单片片机机系系统统中中的的模模拟拟放放大大和和A/D转转换换等等电电路路需需要要高精度、高稳定性的供电电源和参考电压源。高精度、高稳定性的供电电源和参考电压源。基基准准电电源源是是一一种种可可以以产产生生高高精精度度、高高稳稳定定性性电电压压的的器器件件或或电电路路，它它产产生生的的电电压压给给特特定定部部件件作作为为参参考电压使用。考电压使用。基基准准电电源源使使用用广广泛泛，其其精精度度和和可可靠靠性性直直接接决决定定着着系统的精
43、度和可靠性。系统的精度和可靠性。常常用用的的基基准准稳稳压压电电源源按按基基本本组组成成可可分分为为分分立立元元件件电路和集成电路两大类。电路和集成电路两大类。*33339.5.1 稳压管基准电压源电路 稳压管基准电压源电路如图所示。稳压管基准电压源电路如图所示。VDz是是稳稳压压管管，R是是限限流流电电阻阻，Vi是是输输入入直直流流电电压压。Vo为为输输出出电电压压，等等于于稳稳压管两端的电压压管两端的电压Vz，即为基准电压。，即为基准电压。*3434n稳稳压压管管的的电电流流调调节节作作用用是是这这种种稳稳压压电电路路能能够够稳稳压压的的关关键键，即即利利用用稳稳压压管管端端电电压压Vz的
44、的微微小小变变化化，引引起起电电流流Iz较较大大的的变变化化，通通过过电电阻阻R起起着着电电压压调调节节作作用用，保保证证输输出出电电压压基基本本恒恒定。定。n由由于于稳稳压压管管和和负负载载电电阻阻是是并并联联的的，故故这这种种电电路路也也叫叫并并联联式式稳压电路。稳压电路。9.5.2 集成块基准电压源电路 常常用用的的精精密密集集成成稳稳压压电电路路有有TL431、MAX6035、ICL8069、AD584等芯片。等芯片。1TL431精密集成稳压块精密集成稳压块TL431系系列列芯芯片片是是有有良良好好的的热热稳稳定定性性能能的的三三端端可可调调分分流流基基准准源源。它它的的输输出出电电压
45、压用用两两个个电电阻阻就就可可以以任任意意地地设设置置到到从从Vref(2.5V)到到36V范围内的任何值。范围内的任何值。*3535nTL431的的内内部部结结构构框框图图如如图图所所示示。Vi是是一一个个内内部部的的2.5V基基准准源源,接接在在运运放放的的反反相相输输入入端端。由由运运放放的的特特性性可可知知,只只有有当当REF端端(同同相相端端)的的电电压压非非常常接接近近Vi(2.5V)时时,三三极极管管中中才才会会有有一一个个稳稳定定的的非非饱饱和和电电流流通通过过,而而且且随随着着REF端端电电压压的的微微小小变变化化,通通过过三三极极管的电流将从管的电流将从1100mA变化。变
46、化。9.5.2 集成块基准电压源电路 图示为图示为TL431器件的符号器件的符号,3个引个引脚分别为：脚分别为：阴极阴极C（CATHODE）阳极阳极A（ANODE）参考端参考端R（REF）*3636n由由TL431构构成成的的5V稳稳压压器器的的典典型型应应用用电电路路如如图图所所示示。R0取取1.5kW,R1、R2分分别别取取10kW,输输入入电电压压Vi为为1224V时时,输输出出电电压压均均为为5V,因因此此,此此种种稳稳压压器器的的精精度度很很高高。但但是是当当在在C、A端端并并接接负负载载电电阻阻时时,电电阻阻值值应应大大于于2kW,否否则不能正常输出。则不能正常输出。9.5.2 集
47、成块基准电压源电路 下图为下图为TL431应用电路应用电路,用用TL431制成的高精度稳压直流电制成的高精度稳压直流电源的纹波很小源的纹波很小,精度较高精度较高,可以给高精密仪器供电。可以给高精密仪器供电。*37379.5.2 集成块基准电压源电路 2MAX6035精密集成稳压块精密集成稳压块MAX6035是是宽宽电电压压输输入入范范围围和和精精密密的的、微微功功耗耗的的电电压压基基准准。这这款款3端端器器件件具具有有2.5V、3.0V和和5.0V输输出出电电压压选选项项，是是REF02和和REF43等等工工业业标标准准器器件件的的升升级级产产品品。MAX6035采采用用3引引脚脚SOT23和
48、和8脚脚SOIC封装，典型应用和引脚配置如图所示。封装，典型应用和引脚配置如图所示。*3838 工工作作于于-40125温温度度范范围围。其其特特性性是是:宽宽电电源源电电压压范范围围(6.933V);在在使使用用温温度度范范围围内内温温度度系系数数最最大大为为25 10-6/;0.2%(最最大大值值)初初始始精精度度;95 A(最最大大值值)静静态态电电源源电电流流;10mA输输出出电电流流,2mA灌灌入入电电流流;无无须须输输出出电电容容;在在高高达达5 F的的容容性性负负载载下下仍稳定工作。仍稳定工作。9.5.2 集成块基准电压源电路 3ICL8069精密集成稳压块精密集成稳压块ICL8
49、069系系列列产产品品的的主主要要性性能能参参数数:基基准准电电压压典典型型值值为为1.23V;最最小小值值为为1.20V;最最大大值值为为1.25V;最最大大工工作作电电流流为为5mA;稳稳定定性性好好,当当工工作作电电流流在在50 A5mA范范围围变变化化时时,VREF的的变变化化量量小小于于20mV。ICL8069典型应用电路如下图所示。典型应用电路如下图所示。*3939图图图图(a)(a)为为为为基基基基本本本本应用电路。应用电路。应用电路。应用电路。图图图图(b)(b)为为为为带带带带缓缓缓缓冲冲冲冲 的的的的 10V10V参参参参考考考考电电电电源源源源输输输输出出出出电路。电路。
50、电路。电路。9.5.2 集成块基准电压源电路 4AD584精密集成稳压块精密集成稳压块AD584是是美美国国ADI公公司司率率先先推推出出的的可可编编程程基基准准电电压压源源,具具有有优优良良的的温温度度系系数数,在在070的的温温度度范范围围内内温温度度系系数数最最大大为为5 10-6/。静静态态电电流流消消耗耗为为1mA,具具有有10mA的的带带负负载载能能力力。输输入入电电压压范范围围为为4.530V,工工作作温温度度范范围围为为-55125。它它不不仅仅可可获获得得4种种固固定定的的基基准准电电压压值值,还还可可以以在在2.510V范范围围内内设设定定所所需需的的基基准准电电压压值值,