天天看點

OC、OD和推挽結構(應用)

一般情況下我們在電路設計程式設計過程中設定單片機,大多是按照固有的模式去做的,做了幾年這一行了,也沒碰到過什麼問題。昨天就遇到了這樣一個問題,電路結構如圖一,在這種情況下STC單片機與410單片機通訊是沒問題的。

OC、OD和推挽結構(應用)

但是與PC就無法通訊了,STC收不到PC的指令,以前410的位置是用的STC的片子一直沒問題,我想也許是驅動能力不夠,在410TX端加了上拉,不過沒起作用。用示波器監視序列槽得到面的波形:

OC、OD和推挽結構(應用)

這說明sp3232下拉得不夠,于是加了下拉,還是沒起作用。又把410端口内部的上拉去掉,結果還是一樣。

最後請教老師,在410程式裡将TX的工作方式由推挽式改為開漏式,一切ok~!

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什麼是集電極開路(OC)?

我們先來說說集電極開路輸出的結構。集電極開路輸出的結構如圖1所示,右邊的那個三極管集電極什麼都不接,是以叫做集電極開路(左邊的三極管為反相之用,使輸入為"0"時,輸出也為"0")。對于圖1,當左端的輸入為“0”時,前面的三極管截止(即集電極C跟發射極E之間相當于斷開),是以5V電源通過1K電阻加到右邊的三極管上,右邊的三極管導通(即相當于一個開關閉合);當左端的輸入為“1”時,前面的三極管導通,而後面的三極管截止(相當于開關斷開)。

OC、OD和推挽結構(應用)

我們将圖1簡化成圖2的樣子。圖2中的開關受軟體控制,“1”時斷開,“0”時閉合。很明顯可以看出,當開關閉合時,輸出直接接地,是以輸出電平為0。而當開關斷開時,則輸出端懸空了,即高阻态。這時電平狀态未知,如果後面一個電阻負載(即使很輕的負載)到地,那麼輸出端的電平就被這個負載拉到低電平了,是以這個電路是不能輸出高電平的。

        再看圖三。圖三中那個1K的電阻即是上拉電阻。如果開關閉合,則有電流從1K電阻及開關上流過,但由于開關閉和時電阻為0(友善我們的讨論,實際情況中開關電阻不為0,另外對于三極管還存在飽和壓降),是以在開關上的電壓為0,即輸出電平為0。如果開關斷開,則由于開關電阻為無窮大(同上,不考慮實際中的漏電流),是以流過的電流為0,是以在1K電阻上的壓降也為0,是以輸出端的電壓就是5V了,這樣就能輸出高電平了。但是這個輸出的内阻是比較大的(即1KΩ),如果接一個電阻為R的負載,通過分壓計算,就可以算得最後的輸出電壓為5*R/(R+1000)伏,即5/(1+1000/R)伏。是以,如果要達到一定的電壓的話,R就不能太小。如果R真的太小,而導緻輸出電壓不夠的話,那我們隻有通過減小那個1K的上拉電阻來增加驅動能力。但是,上拉電阻又不能取得太小,因為當開關閉合時,将産生電流,由于開關能流過的電流是有限的,是以限制了上拉電阻的取值,另外還需要考慮到,當輸出低電平時,負載可能還會給提供一部分電流從開關流過,是以要綜合這些電流考慮來選擇合适的上拉電阻。

        如果我們将一個讀資料用的輸入端接在輸出端,這樣就是一個IO口了(51的IO口就是這樣的結構,其中P0口内部不帶上拉,而其它三個口帶内部上拉),當我們要使用輸入功能時,隻要将輸出口設定為1即可,這樣就相當于那個開關斷開,而對于P0口來說,就是高阻态了。

什麼是漏極開路(OD)?

對于漏極開路(OD)輸出,跟集電極開路輸出是十分類似的。将上面的三極管換成場效應管即可。這樣集電極就變成了漏極,OC就變成了OD,原理分析是一樣的。

        另一種輸出結構是推挽輸出。推挽輸出的結構就是把上面的上拉電阻也換成一個開關,當要輸出高電平時,上面的開關通,下面的開關斷;而要輸出低電平時,則剛好相反。比起OC或者OD來說,這樣的推挽結構高、低電平驅動能力都很強。如果兩個輸出不同電平的輸出口接在一起的話,就會産生很大的電流,有可能将輸出口燒壞。而上面說的OC或OD輸出則不會有這樣的情況,因為上拉電阻提供的電流比較小。如果是推挽輸出的要設定為高阻态時,則兩個開關必須同時斷開(或者在輸出口上使用一個傳輸門),這樣可作為輸入狀态,AVR單片機的一些IO口就是這種結構。

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推挽式開關電源(http://www.eetrend.com/blog/100020981)

由于推挽式變壓器開關電源中的兩個控制開關K1和K2輪流交替工作,其輸出電壓波形非常對稱,并且開關電源在整個工作周期之内都向負載提供功率輸出,是以,其輸出電流瞬間響應速度很高,電壓輸出特性很好。推挽式變壓器開關電源是所有開關電源中電壓使用率最高的開關電源,它在輸入電壓很低的情況下,仍能維持很大的功率輸出,是以推挽式變壓器開關電源被廣泛應用于低輸入電壓的DC/AC逆變器,或DC/DC轉換器電路中。

OC、OD和推挽結構(應用)

推挽式開關電源經橋式整流或全波整流後,其輸出電壓的電壓脈動系數Sv和電流脈動系數Si都很小,是以隻需要一個很小值的儲能濾波電容或儲能濾波電感,就可以得到一個電壓紋波和電流紋波都很小的輸出電壓。是以,推挽式開關電源是一個輸出電壓特性非常好的開關電源。

另外,推挽式開關電源的變壓器屬于雙極性磁極化,磁感應變化範圍是單極性磁極化的兩倍多,并且變壓器鐵心不需要留氣隙,是以,推挽式開關電源變壓器鐵心的導磁率比單極性磁極化的正激或反式開關電源變壓器鐵心的導磁率高很多倍;這樣,推挽式開關電源變壓器初、次級的線圈匝數可比單極性磁極化變壓器初、次級的線圈匝數少一倍以上。是以,推挽式開關電源變壓器的漏感以及銅阻損耗都比單極性磁極化變壓器小很多,開關電源的工作效率很高。

推挽式開關電源的兩個開關器件有一個公共接地端,相對于半橋式或全橋式開關電源來說,驅動電路要簡單很多,這也是推挽式開關電源的一個優點。

後面将要介紹的半橋式以及全橋式開關電源都有一個共同缺點,就是當兩個控制開關K1和K2處于交替轉換工作狀态的時候,兩個開關器件會同時出現一個半導通區,即兩個控制開關同時處于接通狀态;這是因為開關器件在開始導通的時候,相當于對電容充電,它從截止狀态到完全導通狀态需要一個過渡過程;而開關器件從導通狀态轉換到截止狀态的時候,相當于對電容放電,它從導通狀态到完全截止狀态也需要一個過渡過程;當兩個開關器件分别處于導通和截止的過渡期間,就會同時出現半導通狀态,此時,相當于兩個控制開關同時接通,會對電源電壓産生短路,在兩個控制開關的串聯回路中将出現很大的電流,而這個電流并沒有通過變壓器負載。是以,在兩個控制開關K1和K2分别處于導通和截止的過渡期間,兩個開關器件将會産生很大的功率損耗。

而推挽式開關電源不會存在這種損耗。因為,當控制開關K1将要關斷的時候,開關變壓器的兩個初級線圈N1繞組和N2繞組都會産生反電動勢,而N2繞組産生的反電動勢正好與輸入電流的方向相反;此時,即使是K2開關器件處于半導通或全導通狀态,在短時間内,在K2組成的電路中都不會出現很大的工作電流,并且在電路中,兩個控制開關也不存在直接串通的回路;是以,推挽式開關電源不會像半橋式,以及全橋式開關電源那樣出現兩個控制開關同時串通的可能性,這也是推挽式開關電源的一個優點。

推挽式開關電源的主要缺點是兩個開關器件需要很高的耐壓,其耐壓必須大于工作電壓的兩倍,是以,推挽式開關電源在220V交流供電裝置中很少使用。另外,直流輸出電壓可調整式推挽開關電源輸出電壓的調整範圍比反激式開關電源輸出電壓的調整範圍小很多,并且需要一個儲能濾波電感;是以,推挽式開關電源不宜用于要求負載電壓變化範圍太大的場合,特别是負載很輕或經常開路的場合。

推挽式開關電源的變壓器有兩組初級線圈,對于小功率輸出的推挽式開關電源是個缺點,對于大功率輸出的推挽式開關電源是個優點。因為大功率變壓器的線圈繞組一般都用多股線來繞制,是以,推挽式開關電源的變壓器的兩組初級線圈與用雙股線繞制沒有根本差別,并且兩個線圈與單個線圈相比可以降低一半電流密度。

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