蓄電池充電機(jī)中濾波器的使用與設(shè)計(jì)
在電子系統(tǒng)里濾波器是很見的組成部分,,可以通過R,L,C的搭配組成各種濾波電路,。一階RC濾波器的截止頻率等于1/2*pi*RC.,,R,C,L串聯(lián)可以搭建二階帶通濾波器等等,。
在蓄電池充電機(jī)電源處理時(shí)經(jīng)常會(huì)用到濾波器,。為了保證輸入到芯片的電源電壓的穩(wěn)定,,通常的做法是在VCC和地之間跨接一個(gè)大電容和一個(gè)小電容并聯(lián),。也可以采用RC濾波的方式來實(shí)現(xiàn)電源的穩(wěn)定,,最好不要在電路板電源的根部采用RC濾波,而是在需要電源濾波的芯片處采用RC濾波,,因?yàn)殡娮璧拇嬖诒厝粚?dǎo)致分壓,,如果在蓄電池充電機(jī)電源根部RC濾波電路板整個(gè)板子的電流大的話會(huì)在R上形成很大的壓降,導(dǎo)致輸出電壓變小,,而在芯片根處采用RC濾波,,一般芯片的工作電流在幾十mA,這時(shí)R的選擇余地會(huì)比較大,,而且濾波效果較好,。LC濾波我不經(jīng)常使用,不是很了解,,不知道大家的理解如何,。
最近使用了美信的可編程濾波器和引腳可配置濾波器,它們采用都是開關(guān)電容濾波器,。
這幅圖說的比較清楚,,實(shí)際上就是用開關(guān)電容(SC)來取代電阻器,開關(guān)K置于左邊時(shí),信號(hào)電壓源u1向電容器C1充電,;K倒向右邊時(shí),,電容器C1向電壓源u2放電。當(dāng)開關(guān)以高于信號(hào)的頻率fc工作時(shí),使C1在u1和u2的兩個(gè)電壓節(jié)點(diǎn)之間交替換接,那么C1在u1,、u2之間傳遞的電荷可形成平均電流I=fC1(u1-u2),,相當(dāng)于圖1a的u1和u2之間接入了一個(gè)等效電阻,其值為1/fC1。
推導(dǎo)是這樣的:在信號(hào)源向電容充電時(shí)Q=C1*U,然后這個(gè)電流供給運(yùn)放使用,,因此平均電流為I=C1*U/T,如果T足夠短,,可以近似認(rèn)為這個(gè)過程是連續(xù)的,因而可以在兩節(jié)點(diǎn)間定義一個(gè)等效電路Req=U/I=T/C1=1/f*C1,。這個(gè)電路的等效時(shí)間常數(shù)就是τ=RC2=C2/f*C1.
我開始使用的是MAX274,,這款開關(guān)電容濾波器是通過改變引腳的電阻值來改變中心頻率f0,增益G,,帶寬Q,。它不需要外接時(shí)鐘信號(hào)來提供開關(guān)頻率用,估計(jì)是采用了內(nèi)部RC振蕩電路。設(shè)計(jì)MAX274是美信官網(wǎng)上有個(gè)輔助軟件,,把所需的參數(shù)輸進(jìn)去,,會(huì)自動(dòng)計(jì)算出各個(gè)電阻的阻值,實(shí)踐發(fā)現(xiàn)即使自己搭電路的阻值取得跟軟件計(jì)算出的阻值有一點(diǎn)差別,,中心頻率等差別也不會(huì)很大,。
后來覺得274改變參數(shù)太麻煩,蓄電池充電機(jī)采用了另外一款開關(guān)電容濾波器MAX262,,這是個(gè)引腳可編程濾波器,,使用起來非常方便,需要外接時(shí)鐘信號(hào)提供f,。這樣的好處是開關(guān)頻率非常穩(wěn),,使得中心頻率也能夠做到跟設(shè)定值1%的誤差。使用MAX262也有個(gè)輔助軟件,,但我覺得這個(gè)軟件計(jì)算的MAX262的參數(shù)值是錯(cuò)的,,還是以數(shù)據(jù)手冊(cè)為準(zhǔn)!使用MAX262也很方便,,就是往寄存器里寫入幾個(gè)值(應(yīng)該是ROM型,,掉電不丟失),通過給定的時(shí)鐘頻率,,然后除以想要的中心頻率,,得出的N值寫出寄存器就可以了,N通過查表可以得到,,這樣可以設(shè)定F0.同時(shí)可以設(shè)定Q,,Q對(duì)應(yīng)的也有N值,,寫到對(duì)應(yīng)的寄存器里,。Q值一方面是帶寬,另一方面也等于放大倍數(shù),。只要時(shí)序正確,,寫入數(shù)據(jù)也不困難。
在使用中也遇到了一些問題:這就是像這些濾波器的增益千萬不要調(diào)的太大,,比如1000倍,,因?yàn)檫@時(shí)候當(dāng)輸入引腳有噪聲存在時(shí),噪聲中肯定有你設(shè)定的中心頻率F0的分量,,由于濾波器的優(yōu)異性能,,它會(huì)把噪聲里的F0分量給放大出來到輸出端,導(dǎo)致有效信號(hào)反而無法檢測(cè),,這也是使用過程中應(yīng)該留意的,!