直流12V输入的卫视接收机通用电源板
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有些朋友需要经常上楼顶调试卫视天线，或想在驾车休闲旅行时能享受到精彩的卫视节目，而在此时没有市电就成了大问题，如果能让卫视接收机使用电池或汽车蓄电池供电是多么的有意义。
我们知道，常见的卫视接收机普遍采用的是开关电源，其设计输出的电压一般有以下几组：
a. 3.3V@3A (供主芯片、SDRAM及FLASH MEMORY等)
b. 5V@1.5A(供TUNER、前面板及音频DAC等)
c. 12V@0.5A(供音频LPF运放及0/12V切换输出等)
d. 21V@0.5A(供LNB 13/18V切换输出)
e. 30V@0.01A(TUNER容变二极管调谐)
(注：少部分机型有-12V电源，供音频LPF运放。在有PVR功能的接收机中，5V/12V电源需供硬盘电源)。
虽然我们可以使用常见的逆变器将12V或24V直流电源变换成220V交流电源供给接收机使用，但电源经DCACDC多次转换，其能源利用效率大为降低。而且很多低价格逆变器的输出交流波形并不是正弦波。更有甚者，有的逆变器就直接用方波激励逆变器逆变管，使输出的交流中包含有大量的高次谐波。这种高次谐波会干扰其它电器，同时影响卫视接收机的音视频放送质量，严重的甚至会干扰卫视接收机，造成死机等故障发生。同时，沉重、落后的逆变器不便携带。
当然我们可以用线性三端稳压器件来满足接收机所需要的几组电源，但线性稳压电源有一个共同的特点，就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管的电压降来稳定输出。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会有大量的“热损失”，其热损值为P=V(调整管压降)×I(负载电流)，工作效率仅为30%～50%。由于调整管静态功率损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。卫视接收机系统一般都需要几组稳定的工作电压才能可靠工作，这样就需要好几个线性稳压器才能满足要求，并且在相当多的接收机中都需要有33V电源供Tuner作为调谐电压，因此采用线性稳压电源方式时，其输入电源电压就要大于33V。同时线性电源较低的效率也会使大量的输入电能变成热能而白白消耗掉，在实用性和经济性上都不能达到朋友的要求，而且高达30多伏的输入电源在户外环境或移动情况下难以实现。
开关型直流稳压电源是与线性稳压电源不同的另一类稳压电源，它和线性电源的根本区别在于它是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功率器件调整管是工作在饱和及截止区，即开关状态，开关电源因此而得名。开关电源调节器件以完全导通或关断的方式工作，工作时要么是大电流流过低导通电压降的开关管，要么是完全截止无电流流过，因此，开关稳压电源的功耗极低，其平均工作效率可达70%～90%。在相同电压降的条件下，开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”，这样，开关稳压电源就可以大大减少散热片体积和PCB板的面积，在大多数情况下甚至不需要加装散热片。此外，由于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可以提高稳压电源的输入电压，使其可以在较大的输入电压范围内正常工作，这有助于提高抗输入电压跌落干扰的能力和可以适应更多的输入电源种类。
较高的输出电压纹波（一般大于30mV）是开关稳压电源不可回避的问题，在一些对电源纹波电压有特殊要求的场合（如MCU内部PLL、Tuner内的高精度A/D转换器等），常采用线性稳压电源来降低稳压电源输出的纹波电压。因此，采用开关稳压电源与线性稳压电源相结合的形式为有特殊要求的器件供电提供了一种更好的方法。线性稳压芯片是一种最简单的电源转换芯片，基本上不需要元件。传统的线性稳压器，如78xx系列都要求输入电压要比输出电压高2V-3V以上，否则不能正常工作，5V到3.3V的电压差只有1.7V，所以78xx系列已经不能满足3.3V或2.5V的电源设计要求。 面对这类需求，许多电源芯片公司推出了Low Dropout Regulator,即：低压差线形稳压器，简称LDO。这种电源芯片的压差只有1.3-0.2伏，可以实现5V转3.3V/2.5V，3.3V转2.5V/1.8V等要求。同时，较低的稳压压降，可维持较低的LDO自身功耗。
设计构思与工作原理
在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上，我们的选择设计了DC/DC开关稳压和LDO的组合电源。它是由AC/DC电源适配器或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC及LDO变换以后在输出端获得接收机所需的几组直流电压。我们只要将卫视接收机内的开关电源板替换成这种组合电源，就可以在移动环境下实现接收卫视信号的目的。
由前述的接收机几组电源参数可知，卫视接收机主要的功率消耗在3.3V和5V两组电源上。笔者设计了这款12v电压输入的卫视接收机电源板，其电原理图见图一。
电源板基本技术参数：
输入电压 ：DC 9V～19V（推荐电压：DC12V）
输出电压：
1.8V(或2.8V可选)/Max1000mA 一路
3.3V/ Max 3200mA 二路
5.0V/ Max 2500mA 二路
12V/ Max 500mA一路
21V/ Max 500mA一路
33V/ Max 20mA 一路
在这款电源设计中使用了两类稳压电源器件：LDO (低压差稳压器)和DC/DC开关式降压器(升压器)。DC/DC开关式降(升)压器：转换效率最高可达95%，属于开关电源的一类。对于LDO，由于其为线性降压元件，故供电效率完全取决于其输入/输出电压差和输出电流的大小。
LM2596开关电压调节器是电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V， 可调版本可以输出小于40V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计，我们选用固定型LM2596-5。
LM2585开关电压调节器是升压单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，开关频率100 KHz。有4 种不同的输出电压版本：固定3.3V/ 5.0V/12V 和可调整型。我们选用可调整型LM2585-ADJ。
LT1117是三端的LDO器件，能够输出0.8A的驱动电流，有4 种不同的输出电压版本：固定3.3V/ 2.5V/1.8V 和可调整型。我们选用固定型LT1117-3.3及LT1117-2.5(1.8)。
12V直流电压输入的卫视接收机用的电源板工作原理：
12V电源电压送入由U1(LM2596-5)构成的DC-DC开关式降压器输出+5V；同时LM2596的开关脉冲进入由D1、D2和D14三个双二极管构成的倍压整流电路升至约40V直流电压经齐纳稳压管D4稳压输出+33V供Tuner调谐变容二极器作调谐电压；另一路12V进入由U2(LM2585-Adj)构成的DC-DC升压开关稳压器输出+21V供接收机LNB 13/18V极化切换；+3.3V由U1(LM2596-5)输出的+5V经U3(LT1117-3.3) LDO降压取得。在有些卫视接收机中还需+2.5V(或+1.8V)供CPU，在设计中增加了另一路LDO降压，装上U4(LT-1117-2.5/LT1117-1.8)可输出+2.5V(或1.8V)，对于不需要+2.5V(或1.8V)的接收机，可不装U4 LDO及其滤波感容元件。
关键的元器件选择：
电路中的输入电容C7、C21一般应大于或等于100μF，安装时要求尽量靠近LM2596或LM2585的输入引脚，其耐压值应与最大输入电压值相匹配。LM2596输出端电容C12的值取470uF；LM2585输出端电容C24一般应大于或等于220uF； 输出电容C12、C24的耐压值应大于额定输出电压的1.5～2倍。对于5V电压输出而言，推荐使用耐压值大于16V的电容器。同时输出电容的ESR会影响到调整器控制回路的稳定性，所以电容的ESR是影响输出波纹的一个因素，绝大多数小电容有较高的ESR，导致高的开关波纹，最好选用OS-CON高频电容。
L3的取值为：47uH，L6的取值为：82uH。储能电感是影响DC-DC转换器性能的关键器件，主要考虑的参数有电感量、饱和电流和直流电阻以及铁氧体材料磁芯的开关工作频率，在体积和成本允许的情况下应选用饱和电流比较大的电感，因为当磁芯接近饱和时损耗增大，会降低转换效率。电感的饱和电流至少应大于负载的峰值电流，电感的直流电阻会消耗一定的功率，在体积和成本许可的情况下应尽量选用直流电阻小的电感。另外，为降低电源的EMI，最好选用具有闭合磁芯的电感。
二极管VD3的额定电流值应大于最大负载电流的1.2倍，考虑到负载短路的情况，二极管的额定电流值应大于LM2596的最大电流限制，二极管的反向电压应大于最大输入电压的1.25倍，推荐使用1N582x系列的肖特基二极管。二极管D5的额定电流值也应大于最大负载电流的1.2倍，反向电压应大于最大输入电压的4倍。
U2的采样电阻R3、R4和R5应使用1%精度的电阻，它们的值与输出电压有以下关系：
VOUT = VREF〔 1 +（R4+R5）/R3〕
其中VOUT是输出电压、VREF是参考电压(VREF =1.23V)
图二为该电源板的双面PCB板，图三为安装好的成品电源板，图四为配套的220V/12V电源适配器。
这款电源板采用了双面印刷电路设计，其PCB板尺寸仅为：9.6cm×7.4cm，小容量阻容元件选用贴片元件，电解电容一律使用耐高温为105°C的，功率电感采用闭合磁芯的电感，防反插大功率专用电源插座。整个电源板装好后一般不需调试，检测输出电压正常后即可上机使用。
应用实例及性能测试
了解了这块电源板的设计特点和原理后，我们再来看看它的各种性能和测试结果。
A：海克威2000H接收机应用实例及性能测试
海克威2000H接收机后面板的标贴处实际是一个为安装12V控制的方形冲孔，用环氧敷铜板在此处打孔并固定，把电源板12V输入插座焊下对孔固定。图五是直流12V输入插座安装实体图（左为揭开标签后的后面板，中为插头安装后示意图，右为插座固定示意图），“SKEW”孔正好安装一只3.5直插插座，将两插座并联，可以方便的使用其他类型插头电源的输入。
图六为电源板安装在海克威2000H接收机中的实体图。
安装完毕，检查连接无误后接通220V/12V适配器电源，与原机开关电源使用220V市电一样，熟悉的开机画面和启动过程无任何异样，其声画俱佳。
配用220V/12V电源适配器在机实验测试数据
测量仪表：DT890数字万用表（DC：10A档）
在接收机进入“增加节目”状态后，其电流值显示比在接收节目状态时均略下降5-10mA。
B：百胜P-3800接收机应用实例及性能测试
拆除原机开关电源板及AC220V电源线,在原AC220V电源线安装孔装上12V电源插座，主板各组电源与电源板一一对应相联，检查无误后通电，接收机启动正常。
注：本机改装了DAC及运放模拟音频部分电路，同时增加一电源模块，将原机模拟音频部分电路由单12V供电改成正负双12V供电。并拆除了TV RF调制器。外接12V供电电流有所增加。图七为在百胜P－3800接收机上的安装实体图。
配用220V/12V电源适配器在机实验测试数据
测量仪表：DT-8888数字万用表（20A档）
收视卫星：113°E帕拉帕C2，高频头：嘉顿（9750/10600MHz）
C：航科CDXT430接收机应用实例及性能测试
拆除原机开关电源板及AC220V电源插座。将电源板在原机开关电源板处安装，将主板各组电源与电源板一一对应相联，检查无误后通电。接收机启动正常。
图八：为在航料430接收机上的安装实体图。
航科430机接收系统：一个0.45米的碟形卫星接收天线一锅138°E、146°E双头双星，一个0.6米的碟形卫星接收天线一锅113°E帕拉帕C2、105.5°E 3S(Ku)双头双星至一22K中频切换开关，上述各星信号馈线接至DiSEqC四切一中频开关再接至航科430卫视接收机。航科430系统软件第一系统：中文南瓜，第二系统：英文V+V。其中138°E数码天空、113°E真世界两直播平台使用CV12网络共享解密系统，146°E马步海梦幻直播平台使用ATMEGA8芯片黑色D卡解密。
配用220V/12V电源适配器在机实验测试数据
测量仪表：DT-8888数字万用表（20A档）
D：应用镍氢可充电池作电源供应的实验
采用市场上常见到的镍氢电池，作为直流电源，看看它的表现如何！
图九为邮购价3元一只的5号镍氢电池。电池容量标注1600mAH，标称电压1.2V。
10节镍氢电池经过20小时的首次充电后，串联后测空载电压为14V，接入已安装在海克威2000H接收机的12V电源板的电源输入端。
测量仪表：MF47万用表（DC：50V档）、DT890数字万用表（DC 10A档）。
环境温度：18°C
10节镍氢电池组在连续工作1小时10分钟后，电压跌落加快，在跌落到5V时接收机停止工作，在电池组电压跌落到5V的过程中，接收机始终稳定在选定的凤凰咨询台直至停止工作，未发生节目偏移现象。
再次对镍氢电池充电，充满放置4个小时后，采取间断供电的方式，每供电20分钟停止10分钟，然后重复此过程，在电池组电压跌落到10V时停止供电（此时为电池放电的保护截至电压），累计实际供电时间为1小时20分钟（编者注：为了增加供电时间，可选择较大AH的电池)。
E：输入电压的变化对输出稳压性能影响的测试
在海克威2000H接收机上，以12V电源板的最高输出电压32V为例，用MF47型万用表观察其输出电压相应的跌落变化。在充电电池组电压逐步下降的过程中，从开始的最高值逐渐跌落到10V时，其电源板输出的32V电压保持不变，电池组电压跌落到9.5V时，32V电压跌落到31V，在电池组电压跌落到7.6V时，32V电压跌落到25V，在电池组电压跌落到5V以下时，32V电压随之迅速跌落，整个电源板停止工作。
在上述实验中，本电源板的各电压转换集成电路在没有另加散热器的情况下只有温热感，温度最高的是LM2596稳压块，估计表面温度低于60°C。
注：虽然本电源板的输入电压设计适应范围为：DC 9～19V，但在用高于12V的直流输入电源时请务必注意：
1、查看接收机原电源板输出的12V电压是否是只提供给接收机的音频低放部分，并且音频低放单元的最高承受电压要大于本电源板的输入电压！
2、如果第一项是肯定的，将接收机主板中原12V电源通路的滤波电容全部更换为等于或高于25V耐压值的电容！
3、如果接收机原电源板输出的12V电压同时还供给其它电路，应检查相应的单元电路最高耐受电压是否高于本电源板的输入电压，并且确定在此电压下是否能可靠和正常工作。
4、选用其他直流输入电源时，要注意其空载时的输出电压是否符合上述要求！
F：220V/12V电源适配器输出电压测试数据
测量仪表：：MF47万用表（DC：50V档），DT890数字表（DC：10A档）
G：12V输入电源的接收机用电源板转换效率的测试
使用海克威2000H接收机，在相同的收视参数条件下，分别测试12V电源板的输入电压、电流以及其输出的各路电压、电流。
测量仪表：DT9205M数字万用表。测试数据如下表：
其工作效率η=输出总功率Pout/输入总功率Pin=0.701
结论
由于本12V直流输入的电源板在设计中采用了低成本的LM2596复合倍压整流双电压输出及LDO线性稳压，其工作效率较之LM2596纯开关电源电路有所降低，但基本达到设计时的设想指标。经验证，本12V电源板的效率仍高于几款原机开关电源的效率，因此可以说本电源板的综合性能还是不错的。在测试中，由于笔者的条件限制，测量仪表过少、精度过低，测试数据有可能存在一定的误差。
采用LM2596/LM2585设计的开关稳压集成电路作为卫视接收机稳压电源，不仅可以提高稳压电源的工作效率，减少能源损耗，减少对接收机的热损害，而且可减少外部电压大幅波动对接收机的干扰，这对保障接收机的安全和可靠运行能起到事半功倍的作用。本文我们采用了5号镍氢充电电池作为便携电源的测试样品，通过实验可以看出，5号镍氢充电电池的实际容量均在1000mAH以上，每次充电后10节电池组完全可以为卫星接收机提供一小时以上的安全工作时间，如果采用更大容量的充电电池，相信会有更长的持续供电时间。用充电电池作为电源供应，对调星、旅行等特殊场合的应用会带来诸多方便，这对于广大的卫视朋友有积极的参考价值。