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[经验] 单板电路设计经验分享(1)--电源滤波

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资源大师勋章

发表于 2019-1-5 14:52:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
在单板设计中有一些常用的经验,今天来跟大家分享一下。
首先聊聊电源、插座和上下拉电阻。为什么呢?
首先,电源是单板设计中首先要考虑的,电路能不能工作,工作稳定性如何?这些的先决条件就是要有一个输出稳定、纹波较小的电源。只有电源滤波部分做好了,才能够让整个电路稳定工作。
其次,单板设计中电源插座也是一个必须考虑的问题,因为单板电路中电源的拔插,尤其是热插拔(我们经常会看到有这样的说法,RS232串口不支持热插拔,USB接口支持热插拔,那么热插拔是什么意思呢?其实热插拔的通俗说法就是带电插拔)是一种经常性的行为,所以必须要考虑选择一个好的插座来防止电流及电压的瞬间冲击。
第三,常见的单板电路中,上拉电阻和下拉电阻是经常碰到的,尤其是在为了提高灌电流能力以及电平匹配的场合,上下拉电阻是优选项。
我们今天就重点说一下这三种设计。
一、电源滤波
先来说说电源滤波的设计,电源滤波设计中主要考虑两种滤波设计,分别是:输入侧电源的滤波和IC的电源去耦。
1、输入侧电源的滤波
对于单板的电源输入侧,出于上电特性及热插拔的需要,需要加一个π型滤波电路。
Π型滤波电路的基本电路形式如下图所示。
01.jpg


我们来分析一下这个电路的原理。电路中,C1作为输入侧的输入电容,L是输入电感,C2是π型滤波电路的输出侧电容;其工作原理为:C1的主要目的是为了限制上电瞬间的电压上升时速度,同时也起到滤除输入侧电路由电源引起的纹波,因此,C1一般是由直流电容和交流电容组成的并联电容组,其中直流电容的作用是去除电的纹波,而交流电容的主要作用是去耦。
那么,如何选择这些器件的参数呢?一般来说,输入侧电容选用钽电容,去耦电容的容量一般选择0.01微法~1微法之间,至于元件的封装形式,直插式或贴片时均可,从生产工艺的角度来说的话,贴片式的更好一些。推荐直流电容的参数为直流电容选取10微法左右的,交流电容选取0.1微法左右的。
我们再来看看电感的作用,电感在本电路中的作用是为了抑制电流的变化率,从电感的特性来分析的话,电感越大,抑制效果越好,但是电感太大时,电路的上电特性会受到很大影响,尤其是上电或下电时,电感两端会产生反电势,这样会对后面的负载产生影响,所以参数不能选的过大,一般推荐值为10微亨。
而输出侧的电容不仅要完成去耦及滤除纹波的作用,还必须维持滤波后的
反电势的影响,兼顾考虑板内负载大小及板内其它去耦电容的数量,所以这里推荐输出侧电容的参数为:直流电容10微法,交流电容0.01微法。
2、IC的电源去耦
电路中的IC为什么要加去耦电容呢?
02.jpg
通过上面的电源滤波电路,经过π型滤波电路的瞬态电压特性已经有了比较大的改善,但是,由于单板上的负载以及非线性器件的影响,电源中的纹波不能能完全被消除,并且分布特性对于电源特定的影响较大,因此,在IC器件端应该添加去耦电容的设计,以改善板内IC侧的电源特性。
器件参数的选择与电源滤波电容的参数选择相同,推荐的参数为:直流电容10微法,交流电容0.01微法。


此帖出自模拟电子论坛


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