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新疆时时彩开奖结果:基于嵌入式系统可调节输出电压的高效电源设计

? 2018年07月12日 10:15 ? 次阅读

新疆25选7走势 www.ve66b.cn 概要

该项目的目标是设计一个高效电源系统,其输出电压(VOUT)可以数字调节。为了保证输出电压的精确性,采用数字闭环控制,用于修正失调、漂移和负载变化(最大至600mA)的影响。电路包括输出可调的降压型控制器、ADC与DAC、电压基准以及一个微控制器(MCU)。

在大多数DC-DC转换器中,位于FB引脚上的电阻网络可调整转换器的输出电压(见图1)。在本文电路中,利用DAC输出电压(VDAC)改变电阻网路的基准电压,达到调整转换器输出(VOUT)的目的。ADC检测输出电压,并将结果送入微处理器。微处理器调整DAC输出,以控制系统输出电压达到预定值。为使电路尽可能简单,预设输出电压通过PC的串行通信口(RS-232)送入微处理器。这个系统在一些需要精确控制供电电压的嵌入式系统中非常有用。例如为ASIC、DSP或者MCU供电的电源,电源电压对应于处理器的工作速率。将供电电压调整到工作速率对应的最小电压,可以降低处理器功耗。

基于嵌入式系统可调节输出电压的高效电源设计

图1

电路所需器件和开发工具

系统的主电源选择低静态电流、输出1.25V~5.5V可调的降压型调节器MAX1692,它可以提供最大600mA的电流。MAX1692评估板提供了一个经过验证的电路布局和推荐输入电容、输出电容和电感量。MAX1692反馈引脚电阻网络的偏置由低功耗、12位DAC提供,MAX5302可以提供2.5mA的负载驱动。DAC基准电压为2.5V。电压调节器输出电压由低功耗、12位ADC(MAX1286)读取, MAX1286能自动关断,可以在转换之间减少电源消耗。ADC基准由高精度5V电压基准MAX6126 提供。ADC和DAC均采用SPI口通信。高精度电压基准包括输出检测和地检测引脚,将其连接到ADC的基准和地引脚。这样可以保证ADC具有最高准度的基准电压。

基于嵌入式系统可调节输出电压的高效电源设计

图2 供电系统的模拟部分产生一路负载可达600mA、1.25V~5V可调的高准确度输出电压

微处理器选择高速的8051兼容微处理器DS89C420,使用32MHz晶体。该微处理器的绝大多数指令为单指令周期,可以运行在32MIPS。处理器可以由J1口在线编程(见图3)。DS89C420/430/440/450系列用户手册介绍了如何通过PC串行通信口,利用微软的超级终端(HyperTermina)下载固件。处理器固件用C编写并可使用免费的Sourceforge Small Devices C编译器(SDCC)编译。

基于嵌入式系统可调节输出电压的高效电源设计

图3 供电系统的数字部分需要一个稳定的5V电源(与模拟部分共用),数字部分通过逐位控制的SPI接口与DAC、ADC通信。串行收发器(U8)从PC接收VOUT设定值,J1提供MCU的在线编程。

模拟电路设计

为计算电阻网络中的R1、R2和R3 (见图2),先假设流入FB引脚的电流(IFB)可以忽略(MAX1692规格表给出的最大值为50nA),设R2为49.9kΩ。FB引脚电压为1.25V,电流I2为25mA,远高于50nA,证明忽略IFB的决定是正确的。最后,计算R1和R2:

DAC输出电压(VDAC)为最大值2.5V时,降压调节器的输出(VOUT)应该为最小值1.25V。代入式1:

第一项为零,得到R3为50 kΩ。当VDAC 为最小值0V时, VOUT 应该为最大值5V。代入式1 :

得到R1值为75kΩ。

ADC采集VOUT并将其通过SPI接口传送给MCU,形成闭环数字控制。

数字电路设计

DAC和ADC由逐位控制的SPI总线和MCU通信。MCU是主器件,而DAC和ADC是从器件。MCU的5个引脚分别作为SCLK、MOSI、MISO、CSADC(ADC片?。?、CSDAC(DAC片?。?。总线上的器件共用SCLK,为达到最高通信速度,使用32MHz的晶体供给MCU系统时钟。MCU通过PC串口接收VOUT值。MAX3311是RS-232收发器,将RS-232电平转为TTL/COMS电平。

布局考虑

使用宽的引线连接所有无源器件(旁路电容、补偿电容、输入电容、输出电容和电感)与降压转换器。这些元件和FB引脚的电阻网络应尽可能靠近降压转换器,以减小PCB引线电阻和噪声干扰。降压转换器处需要大面积的覆铜,以降低IC在重负载下的工作温度??梢圆慰糓AX1692评估板。为保持信号完整性,必须尽可能将模拟信号线和数字信号线隔离开。将DAC和ADC靠近降压器放置,用短线连接所有模拟信号。数字信号在另一方向连接到MCU。尽可能将电压基准靠近ADC,提供电压基准的电压反馈线用较短的隔离线连接到ADC的REF 和GND引脚,以保证ADC的转换精度。

必须确保MCU下方没有高速信号线。同时,32MHz时钟晶体尽可能靠近MCU的输入引脚。如同所有PCB布线一样,不允许存在90°引线转角,所有IC电源都用0.1μF陶瓷电容旁路,并且尽可能地靠近供电引脚安装。

软件

本系统MCU软件通过PC串口获取要设定的VOUT,对应由ADC采样得到的降压转换器输出电压。由于MCU是8位总线,而ADC是12位分辨率,将字节左移4位(相当于乘以16),4位最低有效位置零。软件用C编写,可从Maxim网站下载。

测试结果

即便是满负载,该系统也可以正确地将转换器的输出电压控制在设定电压的1% 误差内。由ADC得到的反馈可以补偿负载变化、失调和输出电压漂移,以准确控制输出电压。图4a和图4b是电源电压在1mA负载时的性能,图5a表示VOUT和VDAC在VOUT 由4.5V转变到1.5V时的变化,图5b为VOUT和VDAC在VOUT 由1.5V转变到4.5V时的变化。从中可以看出VOUT的下降速率比上升速率慢很多。这是由于输出大电容放电所致(见图2的C16)。转换器可以非??斓囟缘缛莩涞?,但负载没有办法使电容快速放电。注意电压的变化速率非常接近,因为350mA负载可以使电容足够快地放电。这样,一个足够大的负载可以使VOUT以同样速率增加或减小。 

基于嵌入式系统可调节输出电压的高效电源设计

图4 波形显示了负载电流为1mA时,降压转换器输出电压(VOUT)和DAC的输出电压(VDAC)。图a为VOUT从4.5V到1.5V变化时的VOUT和VDAC波形;图b为VOUT从1.5V到4.5V变化时的VOUT 和 VDAC波形

基于嵌入式系统可调节输出电压的高效电源设计

图5. 波形显示了负载电流为350mA时,降压转换器输出电压(VOUT)和DAC的输出电压(VDAC)。图a为VOUT从4.5V到1.5V变化时的VOUT和VDAC波形;图b为VOUT从1.5V到4.5V变化时的VOUT 和 VDAC波形

虽然电压可以准确控制,但测试结果也提醒我们系统存在的某些问题,图4a显示反馈系统会上冲或下冲。这是由软件程序循环的占用时间引起的。图4a显示VOUT达到设定值之前,VDAC增大到它的最大值。当VOUT最后达到设定值,VDAC必须减小,降低DAC输出电压需要时间,这导致VOUT下冲。理想情况下,VDAC必须和VOUT以同样速度变化,但是,在系统负载达到一定水平之前无法实现这一平衡。该系统需要100μs,用以调整大的输出电压变化,因为软件需要在ADC采样后逐位改变VDAC。为了使VOUT从5V变到1.25V,MCU必须让12位DAC的电压增加4,095次,同时对VOUT 采样4,095次,每次ADC采样都需要耗费采样时间和转换时间。

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Atmel提供先进MCU:产品定位特别针对携式医...

根据联合国的调查报告,全球人口在2045年将达90亿人,其中老年人将占总人口数的22%。随着全球人...

发表于 2018-06-26 16:26 ? 262次阅读
Atmel提供先进MCU:产品定位特别针对携式医...

Microchip推首款提供稳健芯片级安全的Io...

随着物联网(IoT)终端的蓬勃发展,安全有时被许多设计人员抛之脑后,这增加了泄漏知识产权(IP)和敏...

发表于 2018-06-26 10:56 ? 1712次阅读
Microchip推首款提供稳健芯片级安全的Io...

芯片价格大幅上涨 谁将引领国产MCU未来?

32位MCU厂商众多,但我们相信中颖,HK(航顺),GD(兆易)必将引领国产替代进口MCU之未来。

发表于 2018-06-25 14:51 ? 523次阅读
芯片价格大幅上涨 谁将引领国产MCU未来?

异常和中断处理简介

任何一种中断模式都可以通过手动的修改cpsr的值来进入。但是User和System模式是仅有的2个不...

发表于 2018-06-25 10:49 ? 561次阅读
异常和中断处理简介

TI CC1352R多波段多协议无线MCU解决方...

本文介绍了CC1352R主要特性,框图,物联网(IoT)网关参考设计TIDC-01002主要特性,硬...

发表于 2018-06-24 09:26 ? 577次阅读
TI CC1352R多波段多协议无线MCU解决方...

采用电容触控技术简化智能音箱的人机界面

不久的将来,智能音箱和家庭助手将随处可见。根据朱尼普研究公司的数据显示,在2022年前,将有超过70...

发表于 2018-06-22 17:00 ? 1300次阅读
采用电容触控技术简化智能音箱的人机界面

可以用一杯热水驱动的微控制器

ST近日发布首批超低功耗创新技术的8位微控制器。以节省运行和待机功耗为特色,用一颗土豆、一杯热水即可...

发表于 2018-06-22 16:35 ? 215次阅读
可以用一杯热水驱动的微控制器

如何利用MCU流畅的播放视频?

Cortex-M7处理器的核心本质为微控制器,却拥有高达600MHz的主频,高密度的512KB TC...

发表于 2018-06-22 16:18 ? 729次阅读
如何利用MCU流畅的播放视频?

涨价潮伤害中国厂商 谁将引领国产MCU未来?

2017年12英寸硅晶圆供不应求且价格逐季调涨,随着第三季旺季需求上升,加上8吋晶圆代工短期难再大幅...

发表于 2018-06-22 15:55 ? 636次阅读
涨价潮伤害中国厂商 谁将引领国产MCU未来?

嵌入式系统的定义及嵌入式系统的开发流程

建立交叉开发环境:安装交叉编译工具链(如arm-linux-gcc)、安装开发调试工具、设置好环境变...

发表于 2018-06-22 15:16 ? 476次阅读
嵌入式系统的定义及嵌入式系统的开发流程

企业如何激发创新内在动力

X大奖基金会CEO介绍我们如何创造富足的未来,企业实现突破和激发创新的内在动力。

发表于 2018-06-21 09:50 ? 264次阅读
企业如何激发创新内在动力

AWBus-lite的拓扑结构及应用设计

为了管理系统中各式各样的硬件设备(或虚拟硬件设备),AWorks推出了领先的轻量级总线管理框架:AW...

发表于 2018-06-21 09:10 ? 635次阅读
AWBus-lite的拓扑结构及应用设计

聊聊单片机8051的发展史

无所不在的处理器,对厂商来说,等于是无可限量的商机。因此,许多处理器应用架构都想要取代8051当市场...

发表于 2018-06-19 15:55 ? 769次阅读
聊聊单片机8051的发展史

输入部分电路的设计,按键部分硬件电路部分应用实例

在目前MCU应用领域里,很多场合都离不开开关信号,这些开关信号的实现都是通过按键操作实现。而传统的按...

发表于 2018-06-19 09:03 ? 559次阅读
输入部分电路的设计,按键部分硬件电路部分应用实例

二十个必须要掌握的模拟电路你了解多少个?

拟电路的掌握分为三个层次。初级层次是熟练记住这二十个电路,清楚这二十个电路的作用。只要是电子爱好者,...

发表于 2018-06-18 17:43 ? 436次阅读
二十个必须要掌握的模拟电路你了解多少个?

模拟电路设计面对的节点和代工挑战

模拟设计从来都不容易。工程师们可以把整个职业生涯都花在锁相环(PLL)上,因为要让它们正确,就需要深...

发表于 2018-06-15 17:32 ? 505次阅读
模拟电路设计面对的节点和代工挑战

嵌入式工程师应该如何解决物联网数据采集需求?

最近物联网(IoT)相关的文章充斥在许多电子工程杂志。众所周知虽然物联网的服务五花八门包罗万象,但有...

发表于 2018-06-15 11:04 ? 1308次阅读
嵌入式工程师应该如何解决物联网数据采集需求?

关于瑞萨电子工具e8a的讲座

本讲座由瑞萨电子公司MCU产品中心钟雪日为大家讲述:瑞萨电子工具e8a。

发表于 2018-06-14 16:12 ? 303次阅读
关于瑞萨电子工具e8a的讲座

介绍了解MCU电力线通信解决方案

瑞萨电子公司李天太为大家讲述:MCU电力线通信(PLC)解决方案。

发表于 2018-06-14 04:14 ? 447次阅读
介绍了解MCU电力线通信解决方案

嵌入式专题讲座:EasyARM1138的功能与应...

本视频内容包括:嵌入式系统概括,嵌入式系统概念,ARM 简介,Cortex-M3 简介,Lumina...

发表于 2018-06-13 08:32 ? 380次阅读
嵌入式专题讲座:EasyARM1138的功能与应...

教程:只需六步,将Hal库移植到标准库

到MCU开发的时候下载了生成的代码发现是HAL库的,无奈自己刚刚学习stm32,用的是标准库这里参考...

发表于 2018-06-12 10:10 ? 1178次阅读
教程:只需六步,将Hal库移植到标准库

电机控制和TI的低成本电机控制MCU的价值

Advanced digital motor control was only an option ...

发表于 2018-06-12 07:24 ? 579次阅读
电机控制和TI的低成本电机控制MCU的价值

德州仪器基于CC2640R2F的MCU 支持阿里...

TI基于CC2640R2F的SDK提供一套例程来支持阿里云Link物联网平台。在这套方案里面,你可以...

发表于 2018-06-11 16:19 ? 2269次阅读
德州仪器基于CC2640R2F的MCU 支持阿里...

介绍MCU电能计量的特点与应用

本讲座由瑞萨电子公司李天太讲述:MCU电能计量解决方案。

发表于 2018-06-11 05:14 ? 300次阅读
介绍MCU电能计量的特点与应用
  • 先生们,当年潘大也不是一个人。 2019-03-19
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  • 无论谁说自己的理论是马克思主义理论都不算数,只有他的理论符合客观事实及其规律才是真理,否则便是谬误。 2019-03-15
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