智能差压压力变送器电源设计方案

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【文章摘要】智能压力差压变送器常用的电源一般分为两种,1.电源变换器;2.开关电源转换器;展瑞科技生产的智能压力差压变送器产品采用了新一代S-8251B40芯片,总体率高,稳定性好;展瑞科技产品服务热线0371-56708681,技术支持13525518669!

      目前市面智能差压压力变送器上主要有两种低电压电源芯片：线性电源变换器和开关电源变换器。线性电源变换器基本上不需要外围元件，成本低，不易受电磁干扰，纹波电压小，但主要缺点是电源效率低(一般小于40%)，尤其应用在低输出电压的稳压中，效率更低。根据线性电源的工作原理，其输出电流接近于输入电流，而3.5mA的输出电流根本无法满足单片机电路和检测电路的需要，只能采用开关电源变换器。 

市场上能够应用在两线制智能变送器上的微功耗开关电源变换器芯片种类并不是很多，并且价格昂贵。为此，我们提出了两种方案：一种为低成本方案，采用精工电子生产的S-8251B40芯片，采取先把输入总线电压降压到16V方法；另一种采用Linear公司生产的LT1934芯片。 

方案一

这种方案采用精工电子生产的S-8251B40芯片，成本较低，总体效率也较低，对用电负载电路设计要求则很高。其输入为24VDC，与输入不隔离的一组输出4.6V，8mA电流，与输入隔离的一组输出3.6V，3mA电流，24VDC总线电流小于3.5mA，效率可以达到57％以上。如果以输入电压16VDC计算，效率可以达到85％以上。 

S-8520/8521系列是一种由基准电压源、振荡电路和误差放大器等构成的PWM控制(S-8520系列)、PWM/PFM切换控制(S-8521系列)CMOS降压型DC/DC控制器。S-8520系列通过以线性方式在0～100%的范围内改变占空系数的PWM控制电路和误差放大电路来获得低纹波、高效率和良好的过渡响应特性。并且，其内置了软启动电路，以防止启动上升时发生上冲。S-8521系列采用PWM/PFM切换控制，在通常时以占空系数25%～100%的PWM控制来进行工作，在轻负载时，自动地将工作切换为占空系数25%的PFM控制。从设备的待机时开始，到工作时为止的宽范围内获得高效率。通过外接P沟道功率MOSFET或PNP晶体管、线圈、电容器和二极管，可以构成降压型DC/DC控制器，该产品适用于移动设备的电源。主要指标：输入电压为2.5〜16V，输出电压为1.5〜6.0V，可以0.1V为进阶单位来进行设定；低消耗电流工作时：60μA最大值(A、B型产品)；休眠时：0.5μA最大值。振荡频率典型值为180kHz(A、B型产品)；软启动功能典型值为8ms(A、B型产品)；备有开/关控制功能。

 S-8251基本电路

在使用S-8251芯片设计降压电路时，要注意电感的设计。电感值(L)对最大输出电流(IOUT)和效率(η)产生很大的影响。L值越小，峰值电流电路(IPK)就越大，提高了电路稳定性并使Iout增大。若使L值变得更小，会降低效率而导致开关晶体管的电流驱动能力不足，促使Iout逐渐减少。L值逐渐变大时，开关晶体管的峰值电流(Ipk)所引起的功耗也随之变小，达到一定的L值时效率变为最大。接着，若使L值变得更大，因线圈的串联电阻所引起的功耗变大，而导致工作效率的降低，Iout也会减少。S-8520/8521系列产品在L值逐渐变大的过程中，因输入电压、输出电压以及负载电流的条件的不同，输出电压有可能变得不稳定。实际调试电路时，需要进行充分的试验之后，再决定所选用的L值。二极管需要使用快恢复或者肖特基二极管。为保证电路的稳定，S-8251芯片对输出电容有着很高的要求，最重要的一点就是它的等效串联电阻ESR必须足够小，同时要有足够的容量。电路设计采用了性能优良的10μF钽电解电容器，能够保证稳定的输出。S-8251芯片是该电路的核心，实际电路线路布局对电路的性能影响非常大，尤其对输出的纹波有直接影响，不合理的电路板布局设计会使输出带来额外的寄生振荡，设计时必须注意。因为S-8251芯片输入电压范围是2.5～16V，总线输入电压范围24V，必须先经过降压环节，这将使变换效率大打折扣。降压电路静态功耗要小于几十μA量级，否则总线电流很难做到小于3.5mA。我采用MOSFET串联降压方式，基准源没有采用稳压二极管，而是使用LM385，做到静态电流36μA。图3为24V降压到16V电路。

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编辑｜zhanruitech    来源｜展瑞科技    时间｜2015-6-19