设计机顶盒的水平和垂直极化天线驱动电源

2009年12月03日 15:12    贾延安
关键词: 电源 , 机顶盒 , 极化天线 , 驱动 , 水平
基于DVB-S的机顶盒需要驱动外部水平和垂直极化天线,调整无线的方向从而得到最强的信号。驱动天线的电源由室内的机顶盒提供,而接收的信号在电源线上调制,继而进入机顶盒的信号处理单元。水平极化天线的驱动需要18V或17V电源,而垂直极化天线的驱动需要13V电源,通常13V电源工作10秒,然后 18V电源再工作5秒,如此交替进行。而在机顶盒的内部,通常由一个12V直流电源供电,有时会同时有5V和12V直流电源,本文将讨论天线驱动电源在设计中的一些问题,并给出相应的设计方案。

升压转换器的方案选取

由于18V和13V电源交替工作,因此只需要一个升压转换器,从而降低了系统的成本和体积。对于输出电压的改变,可通过改变反馈环的电阻进行调节。

调节的方式有两种:改变在反馈环电阻分压器上部的电阻,或改变在反馈环电阻分压器下部的电阻,如图1所示。

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图1 调节不同的输出电压

改变上部的电阻可获得更高的输出电压精度,但电路较复杂;改变下部的电阻则电路简单,而输出电压的精度相对而言差一些。

若系统只有12V输入电源,主功率电路可直接用12V供电,而芯片的VCC电源可以用5V稳压管串联一个电阻得到5V电源给其供电。当系统有12V和5V 两路输入电源时,不建议用5V电源给主功率电路供电,此时输入电流大,芯片内部需要大额定电流的MOSFET,因此需要高成本的芯片。因此采用12V电源给主功率电路供电,5V直接给芯片VCC供电。

升压转换器设计的问题

常规的升压转换器在开关管导通时,电感激磁,电感电流线性增加,输出电容提供全部的输出负载电流。开关管关断时,电感去磁,电感电流线性降低,输入电源向输出负载提供能量。占空比为:

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对于12V升压到18V,设计没有特别的考虑。从12V升压到13V,即Vo = 13V,Vin = 12V,VF = 0.4V,可得到D = 10%
电流模式的升压转换器内部电流检测信号具有前沿消隐时间,这导致内部的PWM控制器必须有一个固定的最小导通时间Ton(min),这个时间一般在150ns~200ns的范围,可取Ton(min)=150ns。若开关频率为1MHz,从12V升到13V的导通时间为 3.jpg
,小于系统Ton(min)的150ns,这时候,在每个导通周期内,系统的电压会冲到很大的值,PWM控制器将进入跳脉冲的工作状态,输出的电压纹波很大。

从上面的分析可以看出,提高PWM在最高输入电压时的导通时间,保证其值必须大于系统的最小导通时间Ton(min),PWM 控制器将不会进入跳脉冲的工作状态。这通过减小开关频率和提高VF的值就可以实现。开关频率高时,可使用小尺寸的电感和电容,从而使系统成本低、体积小,因此开关频率也不能过低。设定AOZ1905的工作频率为500kHz,导通时间为200ns,还是比较临界的值。这时,进一步使用正向导通压降大的快恢复二极管,必要时额外串联一个快恢复二极管,如图2所示,就可使控制器不进入跳脉冲的工作状态。但使用额外的二极管会稍稍降低系统效率。

4.jpg

图2 增大升压转换器最小占空比

测试波形

测量升压转换器,输入电压为12V,输出电压为13V,电流为0.5A,测试波形如图3所示。

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图3 测试波形

图中最上面的波形为内部MOSFET的漏极和源极即开关节点的电压,中间为电感电流波形,最下面为输出的交流纹波电压。

在1.2MHz的工作频率下,不加额外二极管,可以看到输出电压纹波的峰峰值为106mV;加额外二极管时,输出电压纹波的峰峰值为72mV。在 600kHz的工作频率下,不加额外二极管,输出电压纹波的峰峰值为90mV;加额外二极管,输出电压纹波的峰峰值为38mV。在降低输出电压纹波方面,加额外二极管比降低频率更为有效。加额外二极管的同时降低频率则最有效。

结语

实验结果表明,通过调整反馈环的电阻分压器,可得到交替工作的13V/18V两路电压。降低系统的开关频率,在输出串联一个额外的二极管,并使用正向压降大的快恢复二极管,可提高系统的最小导通时间,避免系统进入跳脉冲的工作状态,产生大的纹波。

参考文献

1. 刘松. 汽车电子系统降压型DC/DC转换器的设计技巧. 电子设计应用, 2007, (5): 111~ 114

2. 刘松. BUCK变换器轻载时三种工作模式原理及应用. 电力电子技术, 2007, 41(11): 75~ 76

作者:万代半导体元件上海有限公司 刘松 顾巍 张龙    来源:电子设计应用2009年第11期
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lhxzui 发表于 2014-10-14 11:26:03
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