智能变送器用电源的研制
图2 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2.5～16模压电感V，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，差模电感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降压到绕行电感器16V电路。
方案二
这种方案采用Linear公司生产的LT1934芯片，成本较高，总体效率高，对用电负载电路设计要求不高，有很大的调整余量。在输入24VDC时，与输入不隔离的一组输出5V，9mA电流，与输入隔离的一组输出5V，4mA电流，24VDC总线电流可以轻松做到小于3.5mA，效率可以达到85％以上。
图3 24V降压到16V电路
LT1934系列芯片是一种由基准电压源、振荡电路和误差放大器等构成的、PWM控制的CMOS降压型DC/DC控制器。主要指标：输入电压为3.3〜34V，输出电压为1.5〜6.0V，可以0.1V为进阶单位来进行设定；低静态电流12μA最大值，最大输出电流300mA。图4为LT1934的基本电路。
在设计电路时，器件选择和S-8251基本一样，在PCB版图设计时要注意电容C2和芯片LT1934距离不能太远，尽量使用粗线，最好使用地平面，否则会引起自激振荡。电感L1对DC/DC的转换效率起决定作用。如果L1偏小，电路的转换效率将降低，电感器出口启动电流增大，甚至无法启动。如果L1偏大，则会造成输出能力下降，同时DC/DC电路将可能产生振荡。
隔离电源绕组
射频导纳物位变送器还需要一组隔离电源给传感器电路使用。保证变送器的安全工作和高的抗共模干扰能力。我设计的电源电路在降压变换器的电感上提供了一个隔离的次级绕组，它采用了在DC/DC输出储能电感L1A上“窃”电的方法。图5为带隔离电源的电路设计。
图4 LT-1934的基本电路
L1B就是这个隔离电源的供电线圈。由于这组隔离电源是在DC/DC的储能线圈上加载的副线圈，结构为开环形式，因此它的输出稳定性相对比较差。原边负载的变化直接影响副边的稳定性，因此电路在实际使用时，要求原边的电路系统在运行时需要尽可能保证功耗的稳定性。
图5 带隔离电源的电路设计
结论
两线制变送器隔离式电源具有使用温度范围宽、输入电压范围宽、输出效率高、集成度高、隔离性能好、体积小、成本低等特点，是一种稳定可靠的两线制变送器电源，能够满足各种具有复杂要求的两线制变送器的使用。考虑到尺寸大小和安装等因素，我们在射频导纳物位变送器上采用第二种方案。目前该电源已经在射频导纳物位变送器上获得应用，经过长时间的现场应用考验，性能优良，完全达到了隔离型两线制变送器的使用要求。平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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