智能差壓壓力變送器電源設計方案

展瑞科技專注儀表10余載 服務客戶千萬家｜儀表咨詢熱線：0371-56708681

【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.開關電源轉換器;展瑞科技生產的智能壓力差壓變送器產品采用了新一代S-8251B40芯片,總體率高,穩(wěn)定性好;展瑞科技產品服務熱線0371-56708681,技術支持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公司生產的LT1934芯片。 

方案一

這種方案采用精工電子生產的S-8251B40芯片，成本較低，總體效率也較低，對用電負載電路設計要求則很高。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。從設備的待機時開始，到工作時為止的寬范圍內獲得高效率。通過外接P溝道功率MOSFET或PNP晶體管、線圈、電容器和二極管，可以構成降壓型DC/DC控制器，該產品適用于移動設備的電源。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定；低消耗電流工作時：60μA最大值(A、B型產品)；休眠時：0.5μA最大值。振蕩頻率典型值為180kHz(A、B型產品)；軟啟動功能典型值為8ms(A、B型產品)；備有開/關控制功能。

 S-8251基本電路

在使用S-8251芯片設計降壓電路時，要注意電感的設計。電感值(L)對最大輸出電流(IOUT)和效率(η)產生很大的影響。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晶體管的電流驅動能力不足，促使Iout逐漸減少。L值逐漸變大時，開關晶體管的峰值電流(Ipk)所引起的功耗也隨之變小，達到一定的L值時效率變?yōu)樽畲蟆＝又?，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計會使輸出帶來額外的寄生振蕩，設計時必須注意。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。

展瑞科技專注工業(yè)自動化，提供壓力差壓變送器的研發(fā)、設計、生產銷售，變送器產品服務專線0371-56708681，技術支持13525518669！

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