微功率隔离电源设计

　　如图3所示，LM317L的基准压差与温度关系曲线近似于简单的三次多项式函数关系形式，只需要设计Y轴反向的补偿函数即可，系统以20℃为补偿基点进行校准，具体补偿公式为ΔI=A(t-20)2+B(t-20)3式中t为环境温度。系数A和B可以依据实际采用的LM317L芯片手册提供的基准电压温度曲线导出，最简单的做法就是取-20℃和60℃2个点，获取2个二元一次方程来求解A和B。这样就能很容易获取一个拟合程度比较好的补偿曲线近似函数，补偿后的温度漂移影响基本可以忽略不计。

　　1.2 DC/DC变换电路

　　由于电源最大的设计难点是输入功率极小，因此对于隔离端的设计不能采用功耗比较大的隔离反馈模式，实际电路采用了副边开环的方式。具体使用MAX639来设计DC/DC核心电路，实现了较高的电能效率转换，在315mA供电输入时可以提供远大于315mA的电流给电路供电，从而解决了智能系统大电流的需求。根据系统的要求，核心芯片必须具备微功耗、高效率、输入电压范围宽，以及外围器件简单等优点。图1中DC/DC芯片为MAXIM公司的MAX639[3]，它是降压型DC/DC转换芯片，它的主要特点：输入电压范围宽(4~1115V);转换效率高(可达90%以上);静态电流低(10μA);可固定输出或可调输出。

　　电路设计为可调输出，输出设定为3V.输出电流：Io=(Vi Iiη)/Vom

　　式中：Vi为输入电压;Ii为输入电流;η为转换效率;Vo为输出电压。

　　电路中Vi=812V，Ii=315mA，η=90%，Vo=3V，在不考虑隔离副边输出时，可获得的Io约为816mA，这个输出电流在微功耗系统中已经是比较大的供给能力了。以上Io的计算只是理论上的，要想在315mA/812V这样微输入功率的条件下使电路可靠启动，并获得90%以上的转换效率需要对电路进行非常细致的设计。

　　DC/DC的可靠启动是由许多条件制约的，必要的条件就是必须提供足够大的启动脉冲电流。在Z1旁并联了1只10μF的钽电解电容C2提供启动保证，同时也能够有效避免DC/DC的工作对LM317的恒流特性产生干扰。电感L1对DC/DC的转换效率起决定作用，MAXIM手册提供的算法是L1=50/IO，L1的单位是μH，IO的单位是A.实际电路中L1的取值为4mH，能够保证电路在最大输出功率下稳定工作，同时又能够保证足够高的转换效率。需要强调的是，如果L1偏小，电路的转换效率将降低，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。

　　为保证电路的稳定，DC/DC芯片对输出电容C3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[4]，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。

　　DC/DC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甚至会在输出带来额外的寄生振荡，设计时必须注意。最重要的原则就是C2与LI引线端要尽量靠近MAX639引脚，C2、D2、MAX639、R3以及C3的接地引脚尽量靠近，尽量使用粗线，最好使用地平面。DC/DC的输入电压设定为812V，由Z1保证，如果实际的变送器要求的电源功率比较小，Z1则可以选择更低的稳压值，这样能够使整个电源对入口电压要求更低。设计的入口电压低限为12V，如果Z1选择612V，则入口低限电压可以降低到10V。