鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2019年12月27日
嵌入式系統中小功率開關電源的設計
摘要：根據嵌入式系統電源的實際需求，以FSD200小功率單片開關電源集成電路為核心，結合可調式精密穩壓器TL431和線性光耦PC817等外圍器件，設計并實現了適合嵌入式系統使用的多路小功率開關電源。
0引言
隨著計算機技術、半導體技術以及電子應用技術的發展，嵌入式系統以其體積小、可靠性高、功耗低、軟硬件集成度高等特點廣泛應用于工業控制、過程控制、儀器儀表、航天特種、汽車船舶、網絡通信、特種裝備、消費產品等眾多領域。在這些系統中電源的結構和性能起著關鍵性的作用，特別是需要使用220V交流電供電的多路電源的系統，其電源設計的合理性和可靠性尤為重要。過去常用的變壓器降壓、整流濾波后穩壓的線性電源，在嵌入式系統要求體積小，利用率高的情況下，顯得不足。尋求體積小、效率高、成本低、可靠性好的開關電源成為一種迫切的需要。本文根據實際應用中的體會，以小功率單片開關電源集成電路FSD200為核心，設計并實現了一款適合嵌入式系統需求的小功率開關電源。
1系統原理
在很多工業控制領域的嵌入式系統中，輸入通常為220V的交流市電，而系統中需要多路直流電源驅動功率器件和微處理器系統。一個典型的開關電源的原理結構框圖如圖1所示，電網的中220V交流電首先經過整流電路，饋送到FSD200。
該器件的輸出通過變壓器隔離耦合后，穩壓輸出12V直流，其大小可以通過改變穩壓電路部分來實現。電壓輸出端由TL431精密穩壓器和線性光耦組成一個反饋回路，控制FSD200中的脈寬調制比例，實現開關電源的穩定輸出。得到12V的直流電壓后，可以通過DC/DC變換器，得到系統需要的5V、3.3V和2.7V等所需電源。
2FSD200結構原理
FSD200是Fairchild公司近年推出的小功率單片開關電源集成電路，輸出功率7W，內部集成了PWM控制及功率MOS管，并有過熱保護、過負荷保護、欠壓鎖存、軟起動、電流限制等功能，其獨特的頻率抖動電路能較好地減弱電磁干擾。
FSD200單片開關電源的內部框圖如圖2所示。
FSD200單片開關電源啟動時，直流高壓電源通第8引腳Vstr進入芯片內部的高壓調節器，再穩壓到7V作為芯片的工作電壓Ucc，同時以約100μA的電流源向參考電壓及欠壓鎖存模塊充電。第5引腳Vcc的外接電容一般選在10~47μF，這種方式省去了通常開關電源須采用反饋線圈提供工作電壓的需要。
FSD200是電壓控制模式器件，與典型的開關電源電路一樣，采用線性光耦PC817與可調式精密穩壓器TL431組成高頻變壓器二次側的電壓反饋網絡。當負載變化引起輸出電壓變化時，反饋網絡將信號回饋至第4引腳Vfb，與振蕩器送出的鋸齒波比較，產生相應的PWM波脈寬的變化，最后使高頻變壓器二次側的輸出電壓穩定，完成反饋控制。
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