开关电源在模拟量采集系统中的应用[2]

  但如果是图1中带光耦的情况，开关电源的输出不仅供给相对恒定的负载（如信号调理电路、ADC芯片），而且还要供给光耦等数字部分电路，有可能发生最坏的情况是，当开关管Q1正处于上述稳定工作中的关断时刻，光耦突然被ADC导通，此时L1、C1将要提供50mA的负载电流，而平时稳定工作中L1只提供25mA的电流，剩下电流只能从电容C1中获取，使得C1上的电压即+5V电平下降比较大。这将持续半个开关周期，直到开关管Q1打开。如果开关电源的开关频率是100KHz，而ADC芯片数据Dout的通讯频率也是100KHz左右，将引起输出+5V电压频繁波动，造成更大的输出纹波。在示波器上甚至能看到噪声反馈在+24V输入上。

  上面只是理论分析的最坏情况，实际应用中，滤波电容等器件的非理想性、PCB布线等等，将使得电源纹波更大，ADC采样结果不稳定。有的微功率型隔离DC/DC，或者如电荷泵器件，只有开关管的周期性开关动作，而没有上述采样、反馈电路，输出更容易受到负载不稳定的影响，使得ADC采样结果更不稳定。

  比较好的解决办法

  1.设法降低开关电源的负载变化，因为虽然目前开关电源的工作频率已到几百kHz以上，但开关电源的负载响应时间仍至少要几个μs，低于目前大多ADC采样的速度。比如采用光耦6N137就比6N136好，因为6N137只是静态电流比较大，而它需要的二极管导通电流小，使得电源的负载变化不会很大。或者不把模拟+5V电源接到小功率的开关电源输出上，而接到其它功率比较大的开关电源输出上，避免开关电源输出受到负载变动的影响。同样一个值得注意的问题是，不要使用ADC芯片的Ready、Dout、Din等引脚直接驱动光耦，最好通过光耦驱动电路，使得模拟和数字电源得到很好地相互隔离，避免在光耦开关时，有大的电流越过ADC芯片。

  2.开关电源后加LDO等输出电压纹波小的器件，再供给信号调理电路、ADC芯片，保证模拟电路电源的稳定。

  3.如果在开关电源后加LC滤波，将LC滤波后的电源供给数字部分，此时应该针对不同的负载电流大小，选择相应的L、C数值，必要的时候，要通过一定的计算、仿真及试验来加以确定。电感、电容不能过大，否则难以响应负载（光耦开/关）的变化。建议开关电源输出直接供给数字部分；同时经过LC滤波或者RC滤波，再供给信号调理电路、ADC芯片。在采用LC滤波时，还需要注意LC的谐振频率要远远偏离开关电源工作频率。比如滤波RC电路的电阻R可以取10Ω左右，电容取10μF左右。

  4.其它常规的方法也特别重要，如信号调理电路、ADC芯片的电源和地，要同光耦等数字部分的电源和地分开走线，最后单点连接。或者两者采用两个DC/DC电路分别给ADC芯片等模拟电路和光耦等数字电路供电。原因和上文分析一样，也是为了更好的避免数字、模拟之间电源的相互干扰。

  开关电源对运算放大器的影响及解决方法

  一般模拟量信号进入ADC芯片之前，要利用运算放大器进行信号调理，以提供必要的电平变换、滤波、ADC芯片驱动等等。运算放大器与ADC相接口时，容易受到电源的影响，从而也影响ADC芯片采集的稳定。图2是运算放大器与ADC的典型接口图。

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