天天看点

OC、OD和推挽结构(应用)

一般情况下我们在电路设计编程过程中设置单片机,大多是按照固有的模式去做的,做了几年这一行了,也没碰到过什么问题。昨天就遇到了这样一个问题,电路结构如图一,在这种情况下STC单片机与410单片机通讯是没问题的。

OC、OD和推挽结构(应用)

但是与PC就无法通讯了,STC收不到PC的命令,以前410的位置是用的STC的片子一直没问题,我想也许是驱动能力不够,在410TX端加了上拉,不过没起作用。用示波器监视串口得到面的波形:

OC、OD和推挽结构(应用)

这说明sp3232下拉得不够,于是加了下拉,还是没起作用。又把410端口内部的上拉去掉,结果还是一样。

最后请教老师,在410程序里将TX的工作方式由推挽式改为开漏式,一切ok~!

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什么是集电极开路(OC)?

我们先来说说集电极开路输出的结构。集电极开路输出的结构如图1所示,右边的那个三极管集电极什么都不接,所以叫做集电极开路(左边的三极管为反相之用,使输入为"0"时,输出也为"0")。对于图1,当左端的输入为“0”时,前面的三极管截止(即集电极C跟发射极E之间相当于断开),所以5V电源通过1K电阻加到右边的三极管上,右边的三极管导通(即相当于一个开关闭合);当左端的输入为“1”时,前面的三极管导通,而后面的三极管截止(相当于开关断开)。

OC、OD和推挽结构(应用)

我们将图1简化成图2的样子。图2中的开关受软件控制,“1”时断开,“0”时闭合。很明显可以看出,当开关闭合时,输出直接接地,所以输出电平为0。而当开关断开时,则输出端悬空了,即高阻态。这时电平状态未知,如果后面一个电阻负载(即使很轻的负载)到地,那么输出端的电平就被这个负载拉到低电平了,所以这个电路是不能输出高电平的。

        再看图三。图三中那个1K的电阻即是上拉电阻。如果开关闭合,则有电流从1K电阻及开关上流过,但由于开关闭和时电阻为0(方便我们的讨论,实际情况中开关电阻不为0,另外对于三极管还存在饱和压降),所以在开关上的电压为0,即输出电平为0。如果开关断开,则由于开关电阻为无穷大(同上,不考虑实际中的漏电流),所以流过的电流为0,因此在1K电阻上的压降也为0,所以输出端的电压就是5V了,这样就能输出高电平了。但是这个输出的内阻是比较大的(即1KΩ),如果接一个电阻为R的负载,通过分压计算,就可以算得最后的输出电压为5*R/(R+1000)伏,即5/(1+1000/R)伏。所以,如果要达到一定的电压的话,R就不能太小。如果R真的太小,而导致输出电压不够的话,那我们只有通过减小那个1K的上拉电阻来增加驱动能力。但是,上拉电阻又不能取得太小,因为当开关闭合时,将产生电流,由于开关能流过的电流是有限的,因此限制了上拉电阻的取值,另外还需要考虑到,当输出低电平时,负载可能还会给提供一部分电流从开关流过,因此要综合这些电流考虑来选择合适的上拉电阻。

        如果我们将一个读数据用的输入端接在输出端,这样就是一个IO口了(51的IO口就是这样的结构,其中P0口内部不带上拉,而其它三个口带内部上拉),当我们要使用输入功能时,只要将输出口设置为1即可,这样就相当于那个开关断开,而对于P0口来说,就是高阻态了。

什么是漏极开路(OD)?

对于漏极开路(OD)输出,跟集电极开路输出是十分类似的。将上面的三极管换成场效应管即可。这样集电极就变成了漏极,OC就变成了OD,原理分析是一样的。

        另一种输出结构是推挽输出。推挽输出的结构就是把上面的上拉电阻也换成一个开关,当要输出高电平时,上面的开关通,下面的开关断;而要输出低电平时,则刚好相反。比起OC或者OD来说,这样的推挽结构高、低电平驱动能力都很强。如果两个输出不同电平的输出口接在一起的话,就会产生很大的电流,有可能将输出口烧坏。而上面说的OC或OD输出则不会有这样的情况,因为上拉电阻提供的电流比较小。如果是推挽输出的要设置为高阻态时,则两个开关必须同时断开(或者在输出口上使用一个传输门),这样可作为输入状态,AVR单片机的一些IO口就是这种结构。

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推挽式开关电源(http://www.eetrend.com/blog/100020981)

由于推挽式变压器开关电源中的两个控制开关K1和K2轮流交替工作,其输出电压波形非常对称,并且开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出,因此,其输出电流瞬间响应速度很高,电压输出特性很好。推挽式变压器开关电源是所有开关电源中电压利用率最高的开关电源,它在输入电压很低的情况下,仍能维持很大的功率输出,所以推挽式变压器开关电源被广泛应用于低输入电压的DC/AC逆变器,或DC/DC转换器电路中。

OC、OD和推挽结构(应用)

推挽式开关电源经桥式整流或全波整流后,其输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小,因此只需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感,就可以得到一个电压纹波和电流纹波都很小的输出电压。因此,推挽式开关电源是一个输出电压特性非常好的开关电源。

另外,推挽式开关电源的变压器属于双极性磁极化,磁感应变化范围是单极性磁极化的两倍多,并且变压器铁心不需要留气隙,因此,推挽式开关电源变压器铁心的导磁率比单极性磁极化的正激或反式开关电源变压器铁心的导磁率高很多倍;这样,推挽式开关电源变压器初、次级的线圈匝数可比单极性磁极化变压器初、次级的线圈匝数少一倍以上。所以,推挽式开关电源变压器的漏感以及铜阻损耗都比单极性磁极化变压器小很多,开关电源的工作效率很高。

推挽式开关电源的两个开关器件有一个公共接地端,相对于半桥式或全桥式开关电源来说,驱动电路要简单很多,这也是推挽式开关电源的一个优点。

后面将要介绍的半桥式以及全桥式开关电源都有一个共同缺点,就是当两个控制开关K1和K2处于交替转换工作状态的时候,两个开关器件会同时出现一个半导通区,即两个控制开关同时处于接通状态;这是因为开关器件在开始导通的时候,相当于对电容充电,它从截止状态到完全导通状态需要一个过渡过程;而开关器件从导通状态转换到截止状态的时候,相当于对电容放电,它从导通状态到完全截止状态也需要一个过渡过程;当两个开关器件分别处于导通和截止的过渡期间,就会同时出现半导通状态,此时,相当于两个控制开关同时接通,会对电源电压产生短路,在两个控制开关的串联回路中将出现很大的电流,而这个电流并没有通过变压器负载。因此,在两个控制开关K1和K2分别处于导通和截止的过渡期间,两个开关器件将会产生很大的功率损耗。

而推挽式开关电源不会存在这种损耗。因为,当控制开关K1将要关断的时候,开关变压器的两个初级线圈N1绕组和N2绕组都会产生反电动势,而N2绕组产生的反电动势正好与输入电流的方向相反;此时,即使是K2开关器件处于半导通或全导通状态,在短时间内,在K2组成的电路中都不会出现很大的工作电流,并且在电路中,两个控制开关也不存在直接串通的回路;因此,推挽式开关电源不会像半桥式,以及全桥式开关电源那样出现两个控制开关同时串通的可能性,这也是推挽式开关电源的一个优点。

推挽式开关电源的主要缺点是两个开关器件需要很高的耐压,其耐压必须大于工作电压的两倍,因此,推挽式开关电源在220V交流供电设备中很少使用。另外,直流输出电压可调整式推挽开关电源输出电压的调整范围比反激式开关电源输出电压的调整范围小很多,并且需要一个储能滤波电感;因此,推挽式开关电源不宜用于要求负载电压变化范围太大的场合,特别是负载很轻或经常开路的场合。

推挽式开关电源的变压器有两组初级线圈,对于小功率输出的推挽式开关电源是个缺点,对于大功率输出的推挽式开关电源是个优点。因为大功率变压器的线圈绕组一般都用多股线来绕制,因此,推挽式开关电源的变压器的两组初级线圈与用双股线绕制没有根本区别,并且两个线圈与单个线圈相比可以降低一半电流密度。

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