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          設(shè)計機(jī)頂盒的水平和垂直極化天線驅(qū)動電源

          作者: 時間:2011-09-30 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          基于DVB-S的需要驅(qū)動外部極化天線,調(diào)整無線的方向從而得到最強(qiáng)的信號。驅(qū)動天線的由室內(nèi)的提供,而接收的信號在線上調(diào)制,繼而進(jìn)入的信號處理單元。極化天線的驅(qū)動需要18V或17V,而極化天線的驅(qū)動需要13V電源,通常13V電源工作10秒,然后18V電源再工作5秒,如此交替進(jìn)行。而在機(jī)頂盒的內(nèi)部,通常由一個12V直流電源供電,有時會同時有5V和12V直流電源,本文將討論天線驅(qū)動電源在設(shè)計中的一些問題,并給出相應(yīng)的設(shè)計方案。

            升壓轉(zhuǎn)換器的方案選取

            由于18V和13V電源交替工作,因此只需要一個升壓轉(zhuǎn)換器,從而降低了系統(tǒng)的成本和體積。對于輸出電壓的改變,可通過改變反饋環(huán)的電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。

            調(diào)節(jié)的方式有兩種:改變在反饋環(huán)電阻分壓器上部的電阻,或改變在反饋環(huán)電阻分壓器下部的電阻,如圖1所示。

            

          調(diào)節(jié)不同的輸出電壓電路

            圖1 調(diào)節(jié)不同的輸出電壓

            改變上部的電阻可獲得更高的輸出電壓精度,但電路較復(fù)雜;改變下部的電阻則電路簡單,而輸出電壓的精度相對而言差一些。

            若系統(tǒng)只有12V輸入電源,主功率電路可直接用12V供電,而芯片的VCC電源可以用5V穩(wěn)壓管串聯(lián)一個電阻得到5V電源給其供電。當(dāng)系統(tǒng)有12V和5V兩路輸入電源時,不建議用5V電源給主功率電路供電,此時輸入電流大,芯片內(nèi)部需要大額定電流的MOSFET,因此需要高成本的芯片。因此采用12V電源給主功率電路供電,5V直接給芯片VCC供電。

            升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計的問題

            常規(guī)的升壓轉(zhuǎn)換器在開關(guān)管導(dǎo)通時,電感激磁,電感電流線性增加,輸出電容提供全部的輸出負(fù)載電流。開關(guān)管關(guān)斷時,電感去磁,電感電流線性降低,輸入電源向輸出負(fù)載提供能量。占空比為:

            

          設(shè)計機(jī)頂盒的水平和垂直極化天線驅(qū)動電源

            對于12V升壓到18V,設(shè)計沒有特別的考慮。從12V升壓到13V,即Vo = 13V,Vin = 12V,VF = 0.4V,可得到D = 10%

            電流模式的升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電流檢測信號具有前沿消隱時間,這導(dǎo)致內(nèi)部的PWM控制器必須有一個固定的最小導(dǎo)通時間Ton(min),這個時間一般在150ns~200ns的范圍,可取Ton(min)=150ns。若開關(guān)頻率為1MHz,從12V升到13V的導(dǎo)通時間為

          設(shè)計機(jī)頂盒的水平和垂直極化天線驅(qū)動電源

          ,小于系統(tǒng)Ton(min)的150ns,這時候,在每個導(dǎo)通周期內(nèi),系統(tǒng)的電壓會沖到很大的值,PWM控制器將進(jìn)入跳脈沖的工作狀態(tài),輸出的電壓紋波很大。

            從上面的分析可以看出,提高PWM在最高輸入電壓時的導(dǎo)通時間,保證其值必須大于系統(tǒng)的最小導(dǎo)通時間Ton(min),PWM控制器將不會進(jìn)入跳脈沖的工作狀態(tài)。這通過減小開關(guān)頻率和提高VF的值就可以實(shí)現(xiàn)。開關(guān)頻率高時,可使用小尺寸的電感和電容,從而使系統(tǒng)成本低、體積小,因此開關(guān)頻率也不能過低。設(shè)定AOZ1905的工作頻率為500kHz,導(dǎo)通時間為200ns,還是比較臨界的值。這時,進(jìn)一步使用正向?qū)▔航荡蟮目旎謴?fù)二極管,必要時額外串聯(lián)一個快恢復(fù)二極管,如圖2所示,就可使控制器不進(jìn)入跳脈沖的工作狀態(tài)。但使用額外的二極管會稍稍降低系統(tǒng)效率。

            

          增大升壓轉(zhuǎn)換器最小占空比電路

            圖2 增大升壓轉(zhuǎn)換器最小占空比

          測試波形

            測量升壓轉(zhuǎn)換器,輸入電壓為12V,輸出電壓為13V,電流為0.5A,測試波形如圖3所示。

            

          設(shè)計機(jī)頂盒的水平和垂直極化天線驅(qū)動電源

            圖3 測試波形

            圖中最上面的波形為內(nèi)部MOSFET的漏極和源極即開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電壓,中間為電感電流波形,最下面為輸出的交流紋波電壓。

            在1.2MHz的工作頻率下,不加額外二極管,可以看到輸出電壓紋波的峰峰值為106mV;加額外二極管時,輸出電壓紋波的峰峰值為72mV。在600kHz的工作頻率下,不加額外二極管,輸出電壓紋波的峰峰值為90mV;加額外二極管,輸出電壓紋波的峰峰值為38mV。在降低輸出電壓紋波方面,加額外二極管比降低頻率更為有效。加額外二極管的同時降低頻率則最有效。

            結(jié)語

            實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過調(diào)整反饋環(huán)的電阻分壓器,可得到交替工作的13V/18V兩路電壓。降低系統(tǒng)的開關(guān)頻率,在輸出串聯(lián)一個額外的二極管,并使用正向壓降大的快恢復(fù)二極管,可提高系統(tǒng)的最小導(dǎo)通時間,避免系統(tǒng)進(jìn)入跳脈沖的工作狀態(tài),產(chǎn)生大的紋波。

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