如何快速设计开关电源和线性稳压电源

电源模块是提供电源输出的核心部件，它可以通过控制电源输出电压和电流的方式来实现可调节输出。常见的电源模块包括开关电源和线性稳压电源。

电压测量模块用于准确测量电源输出的电压，通常采用模数转换器(ADC)来将模拟电压信号转换为数字信号，供给单片机进行处理。

电流测量模块用于准确测量电源输出的电流，常见的测量方法包括电阻法和霍尔效应。

控制模块通过单片机来实现对电源的控制和调节。单片机根据测量到的电压和电流信号，以及用户设置的参数，通过控制电源模块的工作状态来实现可编程功能。

最后，要详细了解数字可编程变频电源的使用说明书和技术资料。了解设备的特性、功能和操作方法，以充分发挥设备的性能。如果不清楚操作或遇到问题，应及时联系设备生产厂家或寻求专业人士的帮助。

总结起来，正确、安全地使用数字可编程变频电源需要我们关注输入电源条件、了解输出能力、正确连接设备、合理设置参数、随时监测工作状态、注意安全操作，并详细了解设备的使用说明和技术资料。只有这样，我们才能确保数字可编程变频电源的可靠运行，并为我们的工业生产和研究工作提供稳定的电力支持。可编程电源是一种能够提供可调节电压和电流输出的电源系统，它在工程设计、科研实验等领域中具有广泛的应用。本文将介绍如何利用单片机实现可编程电源的系统设计，并讨论相关的关键技术和设计要点。

在查看可靠性时，一个常见的起点是确定在发生任何意外操作条件时，可以确保系统受到保护的保护级别。显然，保险丝是一种简单的实现方式，可以防止过流保护方案的短路情况。但是，我们必须担心在短路情况下保险丝熔断后如何将该系统恢复到现场。操作停机时间很昂贵，而且在许多情况下是不可接受的。保险丝只提供两条信息：电流是否过高，以及系统电源总线是否已打开。

主动测量系统电流的电路可以非常精确地检测是否存在超出范围的情况，并允许调整操作性能，以在不牺牲可靠性的情况下实现在全功率预算下的安全操作。

INA199分流监控器是该功能的常用构建块，因为它的印刷电路板 (PCB) 占位面积小、精度高，以及集成的匹配增益设置电阻器。

INA199系列电压输出、电流分流监测器(也称为电流检测放大器)通常用于过电流保护、用于系统优化的精密电流测量或闭环反馈电路。这一系列的设备可以在共模电压从-0.3 V到26 V的情况下感应并联电阻器上的压降，与电源电压无关。有三种固定增益可用：50 V/V、100 V/V和200 V/V。零漂结构的低偏移使电流感应在分流器上的最大压降低至10 mV满标度。这些设备在单个2.7-V至26-V电源下工作，最大可消耗100μa的电源电流。所有版本的规定温度为-40°C至125°C，并以SC70-6和薄UQFN-10封装提供。

●特征

■宽共模范围：–0.3 V至26 V

■偏移电压：±150μV(最大值)(可使分路压降达到10 mV满量程)

■准确度：

▲–增益误差(最大超温)：

▲–±1%(C版)

▲–±1.5%(A型和B型)

▲–0.5-μV/°C偏移漂移(最大值)

▲–10 ppm/°C增益漂移(最大)增益选择：

▲–INA199x1:50 V/V

▲–INA199x2:100 V/V

输出被导向一个比较器，该比较器具有一个固定阈值，该阈值对应于功能块想要检测的电流电平，如图 1 所示。

图 1：典型应用中的 INA199 分流监控器

比较器输出可以直接控制电路以打开电源总线，或者允许微控制器调节系统性能并在允许的功率预算内继续运行，或者完全关闭系统。对于严重故障，这种关闭功能对于防止超出范围的情况损坏系统组件非常重要。

该电路的限流阈值由施加到比较器同相输入端的参考电压设置。该电压电平直接对应于INA199测量的电流电平。使用分压器，我们可以使用公式 1 计算参考电压：

限制参考电压 = 电流限制 (A) * 分流电阻 (Ω) * 放大器增益 (V/V) (1)

INA300是一款专门的电流感应比较器，它通过将电流感应放大器和比较器集成到一个器件中，以稍微不同的方式实现相同的功能。图 2 显示了该比较器的典型应用。该方法与前面使用INA199的示例相同，因为INA300使用单个外部电阻器设置了阈值限制，该电阻器对应于系统的电流限制。

图 2：INA300电流感应比较器框图

限制引脚上存在一个内部 20µA 电流源，该电流源根据连接到该引脚的 R LIMIT电阻器的值为比较器创建参考电压。该电压被设置为等于在限流电平下分流电阻器上产生的电压。公式 2 计算 R LIMIT电阻值：

(2)

我希望我们现在熟悉INA199和INA300器件如何更有效地检测和处理过流事件。

DC/DC电源电路具有功耗低，功率高的优点，但同时由于DC/DC电路转换通过开关方式完成，造成不可避免的噪声引入，具体为电源电路的纹波和噪声。

1.

开关电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%;

其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。

但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右)，最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;

而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。

2. 纹波和噪声

噪声：

定义：

纹波(Ripple)：是指电源输出中由于电压的周期性变化而引起的波动。通常用来描述电源输出波形中的周期性变化，特别是在直流电源中，输出电压不是完全平稳的，存在一定的周期性波动。

电源波动中的低频成分，一般低于5MHz，产生原因为MOSFET的开关动作。

噪声(Noise)：是非期望的、随机的电信号，包含了在系统中引入的各种干扰和随机变化。噪声可以是来自电子元件、电路、外部环境等的不稳定性引起的。

电源波动中的高频成分，一般高于5MHz，且成分较复杂，一般包括MOSFET的开关噪声、白噪声，以及周围信号的干扰等。

产生原因：

纹波：主要由于电源设计、开关操作、电感电容元件等因素引起的电压波动。

噪声：可以来自于电子元件的内部热噪声、环境干扰、电磁干扰等多种因素。

周期性：

纹波：具有明显的周期性，是在电源输出中出现的规律性波动。