常用电源及抗干扰措施.ppt

,常用电源及抗干扰措施,直流集成稳压电源电源抗干扰技术,直流集成稳压电源,主要内容集成稳压电源DC/DC隔离电源,所谓的集成稳压器，就是用半导体工艺和薄膜工艺将稳压电路中的二极管、三极管、电阻、电容等元件制作在同一半导体或绝缘基片上，形成具有稳压功能的集成电路。,一.集成稳压器,集成稳压器也称集成电压调节器,集成稳压器的工作原理,偏差信号,集成稳压器的参数,极限参数,1.最大输入电压Uimax2.最大输出电流Io3.稳压器最大功耗PM（稳压器内部电路工作时的静态功耗+调整管输出电流时必须的压降所引起的功耗）4.最大瞬态功耗5.最高结温,集成稳压器的参数,1.输出电压范围VominVomax2.输出电流范围IominIomax3.最小输入输出电压差(UIUo)min4.最大输入输出电压差(UIUo)max5.最小输出电流Iomin6.静态工作电流Id,工作参数,集成稳压器的参数,质量参数,1.电压调整率SV(反映器件在输入电压变化时维持输出电压不变的能力）2.电流调整率SI（反映器件在负载变化时维持输出电压不变的能力）3.输出电压时漂ST（长期稳定性）4.输出电压温漂SP5.纹波抑制比SRR6.输出阻抗Z0,集成稳压器的分类,按工作方式,按输出电压是否可调,串联型：调整元件与负载串联并联型：调整元件与负载并联开关型：调整元件工作在开关状态，通过调整其开、关的时间来稳定其输出,固定式：输出电压预先设置好，使用中不需要也不能调整可调式：输出电压可在较大范围内调整，以适应不同电路的需要,典型直流稳压集成电路,1.78XX/79XX系列,78XX/79XX系列封装形式及引脚功能,特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉内部电路：串联型晶体管稳压电路类型：W7800系列稳定正电压W7805输出+5VW7809输出+9VW7812输出+12VW7815输出+15V,典型直流稳压集成电路,特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉内部电路：串联型晶体管稳压电路类型：,W7900系列稳定负电压W7905输出-5VW7909输出-9VW7912输出-12VW7915输出-15V,典型直流稳压集成电路,一般应用,vi,W7800系列稳压器接线图,提高输出电压的应用-采用稳压管,W7800系列稳压器接线图,提高输出电压的应用-采用电阻升压法,W7800系列稳压器接线图,扩大输出电流的应用,W7800系列稳压器接线图,Io=Io1+Ioo,VT1是外接扩流功率管，它能提供的输出电流为Io1，而稳压器本身输出电流为Ioo，则总的输出电流Io,VT2和Rs组成限流保护电路。,扩大输出电流的应用,1、当负载电流Io小于稳压器电流IOXX=15时，三极管1截止,当负载电流IoIOXX时,1导通,则有Io=IOXX+IC1IOXX,2、过载、短路保护,W7800系列稳压器接线图,UI=UZ+UBE,对于一般稳压器来说，最高输入电压Vimax要受到电路内部器件击穿电压的限制，因此输入电压一般不能超过Vimax,输入高电压Vi经稳压管和电阻，将输入电压降为UI=UZ+UBE。,提高输入电压的应用,W7900系列稳压器接线图,一般应用,W7900系列稳压器接线图,扩展输出电压的应用,W7900系列稳压器接线图,扩展输出电流的应用,正、负对称固定输出的稳压电源,W7900系列稳压器接线图,一、分类：,二、引脚排列：,三端可调型稳压器,LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。,三端可调型正电压输出稳压器317系列,三端可调型正电压输出稳压器317系列,三端可调型正电压输出稳压器317系列,三端可调型正电压输出稳压器317系列,三端可调型负电压输出稳压器337系列,三端可调型负电压输出稳压器337系列,三端可调型负电压输出稳压器337系列,将一个不受控制的输入直流电压变换成为另一个受控的输出直流电压称之为DC-DC变换。,DC-DC隔离电源,降压升压,输入直流信号,脉冲信号,调制技术,脉冲变压器,脉冲信号,整流滤波,输出直流电压,什么是DC-DC变换,DC-DC变换过程,DC-DC应用,隔离电路专用集成电路（ASIC）数字信号处理器(DSP)微处理器存储器现场可编程门阵列(FPGA)其他数字或模拟负载,DC-DC变换原理开关稳压电源,DC-DC变换原理推挽式,DC-DC变换原理桥式,串联型稳压电路A/D和D/A转化器的基准电压大多数传感器的稳压供电电源或激励源标准电池仪器表头的刻度标准精密电流源,恒定电压输出该电压与温度无关、与负载变化无关、与输入电压变化无关、与时间无关,基准电源,半导体集成基准源分为电压源和电流源。,应用,特点：,原理思路：将具有正温度系数和负温度系数的量加权相加，得到的量显示零温度系数。负温度系数：基极-发射极正向电压，具有负温度系数。正温度系数：不同电流密度下的基极-发射极正向电压之差，具有正温度系数。带隙基准：实现上述二者的加权相加。,带隙基准电源,特点带隙基准的初始精度、温度系数、长期漂移、噪声电压等性能指标从低到高覆盖面较宽。带隙基准性能良好，价格适中，是性价比最高的电压基准。,带隙基准电源,1.产品特点：能提供2.5V的基准电源。2.工作原理：基准电压为从原理上说，三极管T3的发射结电压VBE3可用作基准电压源，但它具有较高的负温度系数（2mV/），因而必须增加一个具有正温度系数的电压IC2R2来补偿。IC2是由T1、T2和Re2构成的微电流源电路提代。,带隙基准电源AD580,原理二极管输出特性曲线,齐纳基准电源,因为击穿电压相对比较稳定，可以通过一定的反向电流驱动产生稳定的基准源。,宽电压范围，2200V宽功率范围，几个毫瓦到几瓦成本低，封装小功耗大，初始精度低，温度系数差，输入电压调整率不好使用时需根据供电电压和负载电流串接一个电阻为其提供恒定电流，以便保持输出电压稳定。齐纳基准通常用于要求不高的场合，或用作电压钳位器,齐纳基准电源特点,齐纳基准电源CW399,电源抗干扰技术,干扰来源,以脉冲的形式,控制系统,空间干扰,供电干扰.70%,过程通道干扰,控制系统的干扰通道,电源抗干扰技术,干扰来源,以脉冲的形式,控制系统,空间干扰,供电干扰.70%,过程通道干扰,控制系统的干扰通道,屏蔽、接地、滤波,过压和欠压它是电网供电的有效值电压变化超过或低于所确定的限值,如我们要求电网供电的范围是220士22V,当电网电压变化的持续时间大于2.5S时,若电网电压高于240V为过压,若低于20V为欠压。它不属于电网干扰之列。过压能使仪器、设备发热,甚至损坏;欠压则会使仪器、设备发生错误的动作甚至停机,电源的干扰,瞬时掉电,它能发生在电网供电时的任一周期,如果掉电时间大于几个毫秒,仪器设备将要停,电源的干扰,持续时间小于2.5s的电网电压的变化,浪涌和跌落,瞬变脉冲由闪电、接地故障或电感电路切换引起瞬态扰动发生得最频繁,通常这些扰动是短时的和随机的,瞬变脉冲的频率从50Hz到数百兆赫,持续时间从10ns到几个微秒。,电源的干扰,电网频率变化对于标准实验室要求电频频率为50士0.5Hz,当电网供电频率出现误差时,会导致计算机软盘驱动器出现不规则的错误而危及系统。,电源的干扰,交流稳压器,供电系统的抗干扰设计,隔离变压器,交流滤波器,低通滤波器,分散独立功能模块供电,交流电,交流稳压器：,供电系统的抗干扰设计,使电压有稳定输出，既让输入电压稳定等于输出电压,饱和电感L2(或L2与C的并联电路)代替了稳压管，用模拟电感L1代替了模拟电阻。当L1与L2串联的电路通过足够大电流对，饱和电感L2两端就会输出变化很小的交流电压,交流滤波器隔离变压器低通滤波器分散独立功能模块供电,供电系统的抗干扰设计,供电系统的抗干扰设计,交流滤波器,电源滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允许直流或50Hz电流通过，对频率较高的干扰信号有较大的衰减。,隔离变压器作用：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入控制回路。,供电系统的抗干扰设计,低通滤波器作用：低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。,供电系统的抗干扰设计,分散独立功能模块供电作用：提高供电可靠性，有利于电源散热。,供电系统的抗干扰设计,接地技术,电子设备中的“地”通常有两种含义：（1）大地（2）系统基准地,接地的基本含义和类型,接地是抑制干扰的主要方法之一,地球是导体而且体积非常大，因而其静电容量也非常大，电位比较恒定、所以人们把它作为基准电位，也就是零电位。,接地的意义（1）为了系统的工作安全，根据用电规则，电气设备的金属外壳必须接地，称为安全接地。其目的是防止电气设各的金属外壳上出现过高的对地电压以及漏电流而危害人身、设备的安全。（2）为系统中各部分电路的工作提供基准电位，这样有了参考电压，系统中的各个电压参数才有意义。（3）为了抑制干扰，电子设各的某些部分与大地相接可以起到抑制干扰的作用。例如：双绞线中一根作信号线，另一根接地可以防止电磁干扰。,接地分类（1）安全接地：将设备金属外壳等接地，这样可以防止静电产生的危险。（2）信号接地：将信号回路接于基准导体或基准电位点，这样可以为系统提供参考电压，使系统的电压值有参照。（3）屏蔽接地：将电缆、变压器等屏蔽层接地，这样可以对外界的电磁干扰有抑制作用，对于信号的传输是很有好处的。,安全接地（或保护接地）,（1）保护接地是以大地的电位作为零电位，把电子设备而的金属外壳、线路选定点等部件通过由接地线、接地极等低阻抗导体组成的接地装置与大地相连接，以此避免因事故导致金属外壳上出现过高的对地电压而危机操作人员和设备的安全。,（2）保护接零,在低压三相四线制中，如果变压器二次侧中性点接地，则称为零点。这时，由中性点引出的线不叫中性线而叫作零线。在这种系统中，无论设备是否设有保护接地，均不能防止人体触电的危险。,接零保护：所谓接零保护，是指用电设备外壳接到零线，当一相绝缘损坏与外壳相连，则由该相、设备外壳零线形成闭合回路。这时，电流一般说来是比较大的，从而引起保护器动作，切断电源。,1.定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径,信号接地（工作接地）,信号地,控制系统中的基准电位是各回路工作的参考电位，基准电位的连线称为工作地（又称系统地），通常是控制回路直流电源的零伏导线。微机测控系统都不用大地作为信号返回路径。所谓信号接地，就是指线路选定点与基准导体（系统地）的连接。,电子设备的接地方式：浮地、直接接地、电容接地,（1）浮地方式是指装置的整个地线系统和大地之间无导体连接，它是以悬浮的“地”作为系统的参考电平,优点：若浮地系统对地的电阻很大，对地分布电容很小，则由外部共模干扰引起的干扰电流就很小。,缺点：1当系统的基准电位受到干扰而不稳定时，通过对地分布电容出现位移电流，使设备不能正常工作。2当系统附近有高电压时，如图壳静电感应出电压，对人身不安全。,（2）直接接地方式这种接地方式的优缺点与浮地方式正好相反。当控制设备有很大的对地分布电容时，只要合理选择接地点，就可以抑制分布电容的影响。（3）电容接地方式即经过电容器把工作地与大地相连。接地电容主要是为高频干扰分量提供对地的通道，抑制分布电容的影响；但电容对低频仍是开路，浮地方式的缺点在低频时仍然存在。电容式接地主要用于工作地与大地间存在直流或低频电位差的情况，所用的电容应具有良好的高频特性和耐压性能，一般选210uF,屏蔽接地为了抑制变化电场的干扰，微机测控装置和其他电子设备中广泛采用屏蔽保护。(1)信号电缆屏蔽层接地点的选择信号电缆屏蔽层接地点的选择，取决于外界干扰信号的强度以及地线安装条件。接地点选择在信号源侧接地点选择在信号接收器侧,(2)双绞线的接地方式用双绞线中的一根当作信号线，另一根当作屏蔽线。当作屏蔽线的一根应采用双端接地方式，为感应电流提供流动回路。(3)变压器的屏蔽层接地电源变压器的静电屏蔽层应接保护地。具有双重屏蔽的电源变压器的一次绕组的屏蔽层接保护地，二次绕组的屏蔽层接屏蔽地线。,计算机控制系统的接地技术,1计算机控制系统地线分类数字地(又叫逻辑地)。这种地作为逻辑开关网络的零电位。模拟地。这种地作为AD转换前置放大器或比较器的零电位。功率地。这种地为大电流网络部件的零电平信号地。这种地通常为传感器的地。交流地。交流电的地线，这种地线是噪声地。直流地。直流电源的地线。屏蔽地(也叫机壳地)。为防止静电感应和磁场感应而设的地线。,2计算机控制系统接地原则,(1)一点接地和多点接地的应用原则,高频电路就近多点接地低频电路一点接地,信号接地方式种类,信号接地方式,并联单点接地,串联单点接地,混合接地,多点接地,单点接地,单点接地单点接地是指整个电路系统中，只有一个点被定义接地参考点，其他各个需接地的点通过公共地线串联到该点，亦可以由各点分别独立地线直接于该点。单点接地又可分为串联单点接地和并联单点接地。,1.串联单点接地是用一公共接地线到电位基准点，需要接地的部分就近接到接地线上。因为易引起公共地阻抗干扰，所以是性能最差的接地方式。,多级单点接地时，不同接地点处的电位均不为零，可能相差甚多且相互影响很大。在具体中应注意：1）使各地线尽量可能短而粗；2）使最低电平、最小电流的单元电路放在离接地点G最近的地方，以避免打信号电路的干扰。,2.并联单点接地是将需要接地的各部分分别以独立接地导线直接连接到电位基准点（一般是直流电源负极或零伏点）。,这种方式不受其他分系统的影响，对防止各分系统之间的相互干扰和地回路是很有效的。一般只在频率低于1MHz时才使用。,3.两种接地技术的