智能差壓壓力變送器電源設(shè)計方案

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【文章摘要】智能壓力差壓變送器常用的電源一般分為兩種,1.電源變換器;2.開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器;展瑞科技生產(chǎn)的智能壓力差壓變送器產(chǎn)品采用了新一代S-8251B40芯片,總體率高,穩(wěn)定性好;展瑞科技產(chǎn)品服務熱線0371-56708681,技術(shù)支持13525518669!

      目前市面智能差壓壓力變送器上主要有兩種低電壓電源芯片：線性電源變換器和開關(guān)電源變換器。線性電源變換器基本上不需要外圍元件，成本低，不易受電磁干擾，紋波電壓小，但主要缺點是電源效率低(一般小于40%)，尤其應用在低輸出電壓的穩(wěn)壓中，效率更低。根據(jù)線性電源的工作原理，其輸出電流接近于輸入電流，而3.5mA的輸出電流根本無法滿足單片機電路和檢測電路的需要，只能采用開關(guān)電源變換器。 

市場上能夠應用在兩線制智能變送器上的微功耗開關(guān)電源變換器芯片種類并不是很多，并且價格昂貴。為此，我們提出了兩種方案：一種為低成本方案，采用精工電子生產(chǎn)的S-8251B40芯片，采取先把輸入總線電壓降壓到16V方法；另一種采用Linear公司生產(chǎn)的LT1934芯片。 

方案一

這種方案采用精工電子生產(chǎn)的S-8251B40芯片，成本較低，總體效率也較低，對用電負載電路設(shè)計要求則很高。其輸入為24VDC，與輸入不隔離的一組輸出4.6V，8mA電流，與輸入隔離的一組輸出3.6V，3mA電流，24VDC總線電流小于3.5mA，效率可以達到57％以上。如果以輸入電壓16VDC計算，效率可以達到85％以上。 

S-8520/8521系列是一種由基準電壓源、振蕩電路和誤差放大器等構(gòu)成的PWM控制(S-8520系列)、PWM/PFM切換控制(S-8521系列)CMOS降壓型DC/DC控制器。S-8520系列通過以線性方式在0～100%的范圍內(nèi)改變占空系數(shù)的PWM控制電路和誤差放大電路來獲得低紋波、高效率和良好的過渡響應特性。并且，其內(nèi)置了軟啟動電路，以防止啟動上升時發(fā)生上沖。S-8521系列采用PWM/PFM切換控制，在通常時以占空系數(shù)25%～100%的PWM控制來進行工作，在輕負載時，自動地將工作切換為占空系數(shù)25%的PFM控制。從設(shè)備的待機時開始，到工作時為止的寬范圍內(nèi)獲得高效率。通過外接P溝道功率MOSFET或PNP晶體管、線圈、電容器和二極管，可以構(gòu)成降壓型DC/DC控制器，該產(chǎn)品適用于移動設(shè)備的電源。主要指標：輸入電壓為2.5?16V，輸出電壓為1.5?6.0V，可以0.1V為進階單位來進行設(shè)定；低消耗電流工作時：60μA最大值(A、B型產(chǎn)品)；休眠時：0.5μA最大值。振蕩頻率典型值為180kHz(A、B型產(chǎn)品)；軟啟動功能典型值為8ms(A、B型產(chǎn)品)；備有開/關(guān)控制功能。

 S-8251基本電路

在使用S-8251芯片設(shè)計降壓電路時，要注意電感的設(shè)計。電感值(L)對最大輸出電流(IOUT)和效率(η)產(chǎn)生很大的影響。L值越小，峰值電流電路(IPK)就越大，提高了電路穩(wěn)定性并使Iout增大。若使L值變得更小，會降低效率而導致開關(guān)晶體管的電流驅(qū)動能力不足，促使Iout逐漸減少。L值逐漸變大時，開關(guān)晶體管的峰值電流(Ipk)所引起的功耗也隨之變小，達到一定的L值時效率變?yōu)樽畲?。接著，若使L值變得更大，因線圈的串聯(lián)電阻所引起的功耗變大，而導致工作效率的降低，Iout也會減少。S-8520/8521系列產(chǎn)品在L值逐漸變大的過程中，因輸入電壓、輸出電壓以及負載電流的條件的不同，輸出電壓有可能變得不穩(wěn)定。實際調(diào)試電路時，需要進行充分的試驗之后，再決定所選用的L值。二極管需要使用快恢復或者肖特基二極管。為保證電路的穩(wěn)定，S-8251芯片對輸出電容有著很高的要求，最重要的一點就是它的等效串聯(lián)電阻ESR必須足夠小，同時要有足夠的容量。電路設(shè)計采用了性能優(yōu)良的10μF鉭電解電容器，能夠保證穩(wěn)定的輸出。S-8251芯片是該電路的核心，實際電路線路布局對電路的性能影響非常大，尤其對輸出的紋波有直接影響，不合理的電路板布局設(shè)計會使輸出帶來額外的寄生振蕩，設(shè)計時必須注意。因為S-8251芯片輸入電壓范圍是2.5～16V，總線輸入電壓范圍24V，必須先經(jīng)過降壓環(huán)節(jié)，這將使變換效率大打折扣。降壓電路靜態(tài)功耗要小于幾十μA量級，否則總線電流很難做到小于3.5mA。我采用MOSFET串聯(lián)降壓方式，基準源沒有采用穩(wěn)壓二極管，而是使用LM385，做到靜態(tài)電流36μA。圖3為24V降壓到16V電路。

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編輯｜zhanruitech    來源｜展瑞科技    時間｜2015-6-19