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精密MCU电源

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nc965
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  • 2010-10-23 23:56:32
看到有人在讨论MCU工作电源,我是这样用的,简单可靠 :
         
        
         
        一般MCU工作电流只有几十mA,正好在431调节范围内。
        直接用431做稳压的理由也很简单,精度比7805之类高很多,特别对于以Vcc 为为参考电压基准的大多数MCU来说,高精度的Vcc具有特别重要的意义,比如DA的基准、比较器的基准,还有RC时间基准,都唯一地依赖Vcc的精度。
        这个电路的抗干扰能力也是很强的,R31有缓冲,Z3是高速器件,保证了来自电源侧的强干扰不至于串到输出侧。
        C36的容量要足够大,以便获得足够的保持时间。
        431是高速器件,加上C2的接法,使得没有必要在输出侧使用大电解。
        这里,431使用有较大散热面的SOT-89 封装是贴片封装是必要的。
晶纲禅诗
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  • 2010-10-24 00:03:40
 
我只赞同50%!
搞不好MCU的复位电路都工作不了,因+5V的上升速率太慢了!
nc965
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  • 2010-10-24 00:10:58
 
你是说上电时间?MCU有上电延时的功能,不会乱。
如果说动态,显然431反应比7805快。
晶纲禅诗
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  • 2010-10-24 00:33:05
 
如不用[开门狗],而用RC复位电路时,对+5V的上升速率是有要求的。
主频都在几MHz以上的MCU芯片,+5V的[欠压负向毛刺]全靠滤波电容[吸收],此时220欧的“内阻”是不是太大了?
R39 C38已决定了电路的[反应]速度.....
nc965
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  • 2010-10-24 01:18:58
 
你讲的可能是不同的应用了。
你说的RC复位好像是故意短暂掉电方式引起掉电复位的意思吧?觉得动静大了点,没有必要吧?很多方法可以外部复位的。
我是不赞成用这个电源本身的掉电作为欠压的的判据的,这样干当然会出现你说的问题。欠压应该有单独的信号来源和对应的算法,欠压应该做到还没有严重到431失控前被检测到。
记得专门有一个掉电(欠压)算法的贴
http://www.21dianyuan.com/bbs/bbshome/topic.php?action=show_topic_tree&topic_id=12617
金华龙
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  • 2010-10-24 22:10:04
 
我对楼主的 “ 精度比7805之类高很多,特别对于以Vcc 为为参考电压基准的大多数MCU来说,高精度的Vcc具有特别重要的意义,比如DA的基准、比较器的基准,还有RC时间基准,都唯一地依赖Vcc的精度。 ” 这段话的观点认同,其他的持保留态度,我MCU做的太少,不太了解MCU的复位等问题。
HolyFaith
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副总工程师
  • 2010-10-24 19:38:27
 
431这么用倒挺有意思,但是15V和5V之间就之间用个220的电阻,那损耗岂不是很大?
nc965
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  • 2010-10-24 21:29:12
 
换个7805,损耗一样大
HolyFaith
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LV8
副总工程师
  • 2010-10-24 21:38:44
 
可不可以用个三极管来控制通断,三极管的基极接431呢?这样也相当于是PWM方式了,减小点损耗呢
nc965
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  • 2010-10-24 22:22:23
 
三极管的基极接431 ,貌似可以貌似很好,无论调节怎么灵敏,输出电压总是叠加了一个三极管be电压降,而这个电压降温飘是很显著的,大大降低了Vcc精度。
YTDFWANGWEI
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  • 2010-10-24 21:43:01
 
哈哈,我也正想这么说。
HolyFaith
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副总工程师
  • 2010-10-24 21:46:09
 
这么说来,这个就是不可避免的了呗?
YTDFWANGWEI
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  • 2010-10-24 21:51:43
 
加个DC-DC就全解决了,可这不是李工这个帖子的目的。
nc965
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  • 2010-10-24 22:24:12
 
需要的是3~5V几十mA高稳定度电源,DC-DC能够解决?
晶纲禅诗
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  • 2010-10-24 21:58:54
 
7805比220欧的[动态阻抗]可要小多了啊!
这是我反对这个电路的主要原因。但李工这个构思对DC输入干扰的[抵御]能力是值得肯定的!
nc965
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  • 2010-10-24 22:16:26
 
15V-5V=10V,设输出电流50mA,损耗总是10*0.05=0.5W,无论7805还是电阻,损耗都一样大
晶纲禅诗
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  • 2010-10-24 22:23:09
 
DC损耗是一样的,但我指的是du/di,7805会更好些吧?
wumeiping
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副总工程师
  • 2010-10-25 11:14:15
 
曾经我也用过这样的电路图接法,R39即那个220欧姆的电阻,损耗是相当的大,热的很。
不用7805,不用这种接法,还有没有更好的电路呢?
nc965
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  • 2010-10-25 11:38:04
 
R39是调节需要,不用电阻就用7805,损耗一样大,唯一不同的是7805有散热面,好散热一点。但是电阻是无源器件,应该更可靠一点。
更好的电路也有,一个基本思路是把这个损耗利用起来,也就是利用这个15V-5V=10V的中间电压干别的事情,比如通讯。

这个电路总共有6组电源,其中2组2.5V是精密电源,MCU用,另外2组3.3V和2组5V,分别做MCU的外围芯片供电。
wumeiping
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LV8
副总工程师
  • 2010-10-25 19:40:43
  • 倒数6
 
嗯 等于二次利用,也是不错的选择。
变换思维。
HolyFaith
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LV8
副总工程师
  • 2010-10-27 14:20:54
  • 倒数4
 
那就看看你的电路时否需要这些电源了,呵呵
nc965
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  • 2010-10-24 23:44:19
 
原以为这个电路简单,没想到还有这样多的疑义,就多说两句了。
精度
大家都认同Vcc的精度,这个是第一要尽量满足的,实际上,就是431,查到的最高精度是0.5%,仍然满足不了AD精度的要求,一般MCU的AD分辨精度是10位,即1/1024,要与之匹配用完这个精度,Vcc精度需要 在431在431基础上最好再提高一个数量级。对此,我是一直没有找到简单的解决办法。
事实上,431的0.5%精度勉强可以达到8位AD精度,如果Vcc比这个精度更低,读出来的AD值是何等失准?
复位
复位是MCU的功能,一切重新开始的意思。
复位是强制发生的,一旦发生,一般不能控制。复位是突然发生的,不能保证在发生复位瞬间各个端口的状态正确。
复位类型有多种,其中上电复位总是要发生的,其他复位(欠压、看门狗等)要尽量避免发生,这是由于作为控制电源的MCU,其I/O端口可能连接到PWM驱动输出,而复位可能带来不确定的、不可控的I/O端口状态,有可能导致开关器件G脚在某种复位发生后就一直处于高电平或者高阻态而损坏。
数字电源典型的复位是强电磁干扰引起程序跑飞,导致看门狗复位。对此,首先要做好屏蔽和接地,尽量防止复位发生,其次要完全掌握看门狗复位 状态下状态下状态下有没有可能导致开关器件驱动状态错误的端口寄存器状态,从电路上想办法避免出现这种状态。
欠压复位更加危险,不仅MCU端口状态失控,更重要的是,如果电压跌落导致给MUC供电的那点电源都不能稳住,其他各路辅助电源多半已经掉得很厉害了,很可能因为电压不足导致开管关处于半导通状态,后果可想而知。不仅如此,在欠压复位后,系统自动重新进入运行状态,MCU到是回归正常了,但是这时候不能保证其他辅助电源也全部回复正常,假如此时驱动电源只有6V,你敢开机?
因此
blueskyy
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总工程师
  • 2010-10-25 08:57:09
 
学习了,李工没有说完哟。“因此”后面下文是?
HolyFaith
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LV8
副总工程师
  • 2010-10-27 14:23:52
  • 倒数3
 
我也期待着
後會絠萋
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  • 2010-10-25 08:59:37
 
请问这个电路能不能提供5V500mA的电流输出?我想用做USB端口电源????
nc965
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  • 2010-10-25 09:38:27
 
因此
MCU工作电源要具备或者考虑以下因素:
1,单独的高精度电源,
单独供电的好处是功率小,只需要满足MCU芯片本身需要的电流就行了,小功率才好做高精度和长保持。
系统需要的其他供电,包括驱动电源,其他控制电源,风扇甚至MCU外围芯片的供电应该与MCU工作电源分开。比如楼上说的USB 通讯口电源,它并不需要太高的精度,你另外搞个500mA的电源还不简单?为什么非要和MCU工作电源搞在一起?
2,最快的上电时间和最后的掉电时间
最后的掉电时间意图很明白:掉电发生后,MCU电源应该保持相当的时间,以便在自己掉电(欠压复位)前完成系统的安全关机姿态调整、关机数据储存传输等工作,绝不能让自己先发生掉电(欠压)复位。直接利用欠压复位来重整系统更是开玩笑,反正我是不敢这样干的。
如何增加保持时间?加大C36这个电容就OK,这意味着C36电容上的电压应该是最后跌落的,如果已经跌落,那多半早已完成关机,因此想利用7805芯片的宽调节性能来利用这个电压跌落再增加一点点保持时间的思路无异于亡羊补牢。
最快的上电时间的意思是尽早让系统处于MCU控制之下,由于C36很大,这个希望一般都会落空,实际情况是需要靠硬件电路的启动逻辑来保证上电过程直到MCU投运前的安全姿态。此外,开机状态尽量关闭无关模块、尽量保持I/O口空载以减少开机电流开销,也是良好的编程习惯。

以曾经发过的《一款光偶隔离数字驱动实用电路 》》为例


上电过程,MCU没有投运,状态不可控,需要电路本身具备以下启动逻辑:
无论13V、-6V,MCU的Vcc这三个电源处于任何状态和任何初始值或者过程值,MOSFET的G脚都不能有高电平。其中,P1A的状态可以是0,也可以是空,但是不能为1。
掉电过程一样,特别要避免(容易发生的)的是掉电过程出现异常,某个电源出现过冲,使MOSFET的G脚 出生产生一个正跃变。比如,取消图中的R1,在发生掉电时,如果-6V电压首先消失,6n137开路,单独的13V很可能在掉电时给MOSFET来一个正脉冲。
这个电路的死穴是什么?那就是某种复位发生时,P1A端口处于高电平,因此就必须研究所有可能的复位对P1A端口状态的影响,有没有这样的可能。如果某个可能发生的复位对P1A的状态不能规范到0或者空,就不能用P1A端口来驱动6n137。
张高琨
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  • 2010-10-25 12:10:12
 
不知道你这电路是否好用?
为什么不加个三极管?
比你这个一定好多了.而且电流也由三极管电流及偏置决定.

你这个不简单..可靠性待定.
nc965
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  • 2010-10-25 14:26:39
 
加三极管的问题见14楼。如果真的加个三极管就好用多了,431内部怎么不顺便加个三极管?
张高琨
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  • 2010-10-25 14:50:15
 




三极管的基极接431 ,貌似可以貌似很好,无论调节怎么灵敏,输出电压总是叠加了一个三极管be电压降,而这个电压降温飘是很显著的,大大降低了Vcc精度。

外置的三极管.并非与431集成在一起封装.
需要小数点后面几个零呢?我们不做航母...不需要折腾得那么累吧?
nc965
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  • 2010-10-25 15:00:41
 
你又不搞数字电源,不理解其中奥妙,不过很容易理解的是,不加三极管只会更简单,不会更累。
张高琨
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  • 2010-10-25 15:59:02
 
洗耳恭听其中的"奥妙"
nc965
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  • 2010-10-25 18:15:39
  • 倒数8
 
这个奥妙也很简单:加三极管,除了有个不到1V的be电压降(与5V相比也不在少数)精度失控以外,还有431的误差被三极管放大的问题,总精度下降许多。
YTDFWANGWEI
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  • 2010-10-25 15:25:39
 
现在一般动力锂电池采样都要求0.1-0.2%左右的,不过MCU的供电就不需要那么高精度,只要AD采样的基准达到要求就可以了,是不是这样?
张高琨
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  • 2010-10-25 15:59:41
 
供电不准.AD的Verf可以外置一个.
HolyFaith
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LV8
副总工程师
  • 2010-10-27 14:25:48
  • 倒数2
 
但是那个参考电压也是需要一个稳定的电压,供电的就说不用,那参考段也得用个准的啊,
nc965
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  • 2010-10-25 17:43:23
  • 倒数10
 
说得对,就是要采样基准的高精度(而不是MCU供电需要高精度),采样基准有三种方式:
1、MCU的Vcc,低端MCU多半是这样(本帖说的就是这种情况)。
2、MCU内置参考电压基准,是个专门电路模块,不依赖于Vcc的精度。
3、外置电压基准,是专门的IC芯片。或许对其供电有精度要求,高端的甚至有恒温要求。
轻飘飘
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LV6
高级工程师
  • 2010-10-25 17:58:06
  • 倒数9
 
如果你说的不错,那么下图不是更有利于稳压?而且好处更多:
1、有利于散热。同样都是耗一样的功率,用两只431会使元件本身发热降低很多。
2、电压更准确,原图是用两只电阻分压,而电阻的精度会影响电压的精度,并且由于是上、下两只电阻,所以精度加倍,即使用1%的电阻,那么两只电阻做出来就是2%了,远比431的精度要低得多。
3、更简单,只用两只元件就OK了,免得那么多的电阻、电容,虽然431价格贵那么一点点,但生产工艺、可靠性都有提高,更方便了。
综上所述,我是否有错误?错误在哪儿?
nc965
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  • 2010-10-25 18:30:41
  • 倒数7
 
这个点子是很聪明的,可以这样干,实际上如果MCU需要对称的电压供电(AC系统),就必须这样干(见22楼),才能对AC的正负半周分别进行采样。
但是这样干有2个问题:
1、一般不能提高精度(除非2只431的误差正好互补)。因为电阻的5%误差是标称误差的意思,并不是调整误差,即使有较大的温度调整误差,2只分压电阻也是一样的飘,分压关系并没有改变,除非你故意用2个不同温度系数的电阻,或者2只电阻位于有显著温度差别的场合,否则一般不会增加误差。换句话说,这2个电阻并不需要精密电阻,需要的是同一个批次的普通电阻,布局上注意温度梯度就行了。
2、如果需要的是3.3V的电压,这个电路就不好整了。
张高琨
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  • 2010-10-27 11:44:18
  • 倒数5
 
哈哈..如此成本不便宜哪..
现在431..
1.两个431的精度加起来后.精度更变大了.零件越多.精度越低..
2.电流不大.
张高琨
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最新回复
  • 2016-12-25 01:09:17
  • 倒数1
 
IA2950-5V.png
还是我这个简单.....电压精度不是问题.电流更不是问题.100-200mA够你用.
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