VA8100

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【用　途】 直流电源数控调压电路【性能 参数】VA8100家族是专为数字式直流电源所设计的主控芯片，包含了完整的显示、按键、输出控制、电流测量、EEPROM 存储管理等功能，具有高精度、高可靠、易操作等优点，是新一代直流电源的关键器件之一。　　该芯片家族采用键控调压及LED数字显示方式，在芯片内部包含了 LED 显示扫描驱动、按键扫描、数控基准电压源、过流检测、数据存储管理、LED亮度控制、输出模式控制、电流量程自动切换等逻辑单元，大大简化了外围电路，采用窄型DIP28脚双列直插封装，稳压输出调节范围按芯片型号有多种选择，最大输出范围是0V-50V，调节步长为0.1V，误差小于10mV。可以测量的电流为2.50A和0.250A两个量程，由芯片自动切换，稳流输出范围为0-2.50A，步长0.01A。芯片引脚如图一所示。　　引脚功能：　　VDD是芯片的供电引脚，接＋5V；　　AGND是模拟地引脚，DGND是数字地引脚；　　RST是复位引脚，低电平有效，在大多数情况下，该引脚可以不用，直接接至＋5V；　　Da-Dp是芯片的双向数据线，输出时提供LED显示的笔画位，高电平有效，要求LED为共阴极接法；输入时为按键检测，可以接八个按键；输入和输出的方向是由下面要介绍的位选信号指示出来的；　　DS1-DS9是显示位选通输出引脚，高电平有效，为八只LED数码管的显示位提供选通控制；　　KEY/SCL是按键位选通输出引脚，低电平有效，当该引脚为低电平时，表示双向数据线置于输入状态，否则是输出状态；该引脚同时还向外接EEPROM存储器提供时钟同步信号；　　DS1-DS8以及KEY/SCL引脚是多选一逻辑，在任一时刻，只有一个引脚有效；　　Vout引脚是PWM脉宽调压输出引脚，通过外界的RC滤波器，输出基准电压，该基准电压同时提供给稳压和稳流电路使用；　　V/A引脚是稳压/稳流切换控制输出，高电平为稳流模式，低电平为稳压模式；　　0.250A引脚是电流测量输入引脚，要求模拟量输入，0－5V的电压范围对应电流档的0-0.250A;　　2.50A引脚也是电流测量输入引脚，0－5V的电压范围对应电流档的0-2.50A；　　SDA引脚向外界EEPROM存储器提供数据通讯，也是双向引脚。　　下面介绍VA8100的显示驱动系统：　　VA8100采用了八位LED数码管显示系统，分左右各四位，左四位是电流显示，右四位是电压显示；LED比划段以及位选通信号与芯片引脚信号的对应关系见图二所示。　　由于芯片的驱动能力有限，所以要另外增加驱动电路，才可以实现对LED数码管的控制，在芯片内部还具有LED亮度控制逻辑，用户可以根据使用环境的光线情况调节LED的显示亮度；　　控制按键：VA8100可以接受八个控制按键产生的操作指令，这八个按键分别是：输出控制、功能设置、快加、快减、慢加、慢减、电流峰值捕捉、软启动设定；具体的按键操作方法将在后面详细介绍；　　VA8100可以管理的外部EEPROM是24C02/24C01，用户的所有数据都将保存在外部存储器中，由芯片自动完成写入、读出、格式化、数据校验等逻辑操作，这是一个高可靠的操作过程。在芯片对存储器的操作过程中，始终会伴随着数据校验，当发现有错误的数据时，芯片会自动给予纠正或自动调用默认数据。　　关于电流测量引脚：0.250A和2.50A两个电流测量引脚接受的模拟量输入，在电路中需要把电流取样值变换放大成电压值，然后再送到这两个引脚，由芯片进行测量，并自动切换量程。这两个引脚所能测量的电压范围都是0－5V，也就是说它们的满量程都对应的是5V。　　基准电压输出引脚Vout：该引脚是PWM脉宽调制型的D/A转换输出，需要在外部增加RC滤波后才能产生可用的基准电压，PWM脉冲的频率是19.53KHz，可以据此设计RC滤波电路的参数；芯片在稳压和稳流模式都使用该引脚提供基准电压，但是在不同的模式下，输出的基准电压值并不相同。在稳流模式下，输出的基准电压范围是0-2.50V，对应输出电流的0-2.50A；在稳压模式下，不同型号的VA8100家族芯片，输出电压范围是不同的，如VA8130芯片，该引脚输出的基准电压范围是0-3.0V，对应输出电压的0-30V。所以在电路设计时要采用比例运算。　　稳压/稳流切换控制是由V/A引脚实现的，该引脚所控制的是选择电源输出反馈信号，在稳压模式下，反馈取自输出电压，在稳流模式下，反馈取自输出电流。该引脚的输出信号不是单纯的高电平或低电平，其中还含有很窄的脉冲（微妙级），如果该引脚是控制继电器的话，可以不理会这些窄脉冲，因为继电器的切换速度都是毫秒级的，不会受这些窄脉冲的影响；如果该引脚是控制电子开关实现稳压/稳流切换，那么就不能忽略这些窄脉冲的影响，必须将该引脚的信号通过一个简单的RC滤波电路才能送至电子开关。稳压/稳流的切换原理见图三所示，图中Q是电源调整管，R4是电流取样电阻，R3是电压取样电阻，继电器RL1受芯片V/A引脚的控制。该电路只是象征性地说明稳压和稳流的原理，实际电路则要复杂得多。　　VA8100的典型应用图可以参考图四的电路，有关用VA8100构成的整机电路，已经不在本文的叙述范围。　　图五是我们建议的按键排列。上排从左起依次是电流峰值捕捉键、软启动设置键、功能键、输出开关键；下排从左起依次是快减键、快加键、慢减键、慢加键。在上方标有红色字体的按键是快捷电压键，标有绿色字体的按键是快捷电流键。用VA8100构成的整机，其具体操作方法如下：　一。输出控制：按输出控制键可以改变输出状态，使输出在开和关之间转换，每按一次，状态改变一次，左四位和右四位LED的显示内容与稳压/稳流模式有关，见图六A和图六B：　　二。调节电压：在稳压模式，按动下排的四个调节键可以改变电压的数值，并在LED数码管上显示出来。每按一次可以改变一级电压数字，按住按键不放可以连续改变电压数字。如果调节的跨度较大建议用快减键和快加键，这样调节的速度比较快，电压数值可以快速的递减或递增；如果要细调可以用慢减键和慢加键，这样调节的速度比较慢，电压数值以较慢的速度递减或递增，小数位的数字容易看清；电压调节键并不是任何时刻都可以使用，还受操作模式的限制，参见操作模式。　　三。调节电流：在稳流模式，按动下排的四个调节键可以改变电流的数值，具体用法与步骤二相同。　　四。快捷电压：标有红色字体的按键还具备另外一个功能，就是在稳压模式具有快捷电压功能，在每个按键的上方标出了红色的电压数值，就是每个按键对应的快捷电压。要使用快捷电压键需要在关闭输出的状态，先按下功能键，右四位LED显示如图七所示，然后按下一个快捷电压键，就得到了相应的电压数值。注意：在按下了功能键以后，若要取消快捷电压的操作，可以再按一次功能键就能退出，LED仍显示原来的电压。 　 　　五。快捷电流：标有绿色字体的按键同时还具备另外一个功能，就是在稳流模式具有快捷电流功能，在每个按键的上方标出了绿色的电流数值，就是每个按键对应的快捷电流。要使用快捷电流键需要在关闭输出的状态，先按下功能键，左四位LED显示如图八所示，然后按下一个快捷电流键，就得到了相应的电流数值。注意：在按下了功能键以后，若要取消快捷电流的操作，可以再按一次功能键就能退出，LED仍显示原来的电流。这一点与步骤四是相同的。 　 　　六。峰值电流捕捉：在稳压模式，如果需要捕捉某一段时间内负载电流的峰值（最大值），可以使用峰值电流捕捉功能，方法是按一次A-Max键，左四位LED 的个位小数点点亮，就表示进入了峰值电流捕捉状态，见图九所示。再次按下A-Max键，则可以清零捕捉的峰值电流。　　七。软启动设置：不管是在稳压模式，还是稳流模式，都可以使用软启动来防止打开输出时的浪涌过冲，方法是在关闭输出的情况下，按下S-ON键，右四位LED的个位小数点点亮（见图十），表示已经启用了软启动功能，在每次打开输出的时候，输出电压或电流将从零开始，逐渐增大到要求的值，这个软启动过程的时间值是可以改变的，见后面将要提到的功能设置。再次按下S-ON键，则可以取消软启动设置。　　八。功能设置：在关闭输出的情况下，按下FUNC键并保持两秒，芯片就进入了功能设置状态，VA8100可以设置的参数比较多，左四位LED显示的功能符号，右四位LED显示的是该功能具体的参数值。共有七种参数可以由用户自行设置，这七种参数对应的显示内容分别如下所示。调节的时候，用快调键选择功能，用慢调键调节数值。调节完毕再按一次FUNC键退出。　调节LED显示亮度，共0－9级　保护延迟，单位：秒　自定义保护电流，单位：安培　软启动时间设定，单位：秒　电流量程刷新间隔（跳字间隔），单位：秒　调节按键锁定控制：开、关　稳压/稳流模式切换 　　九。过流保护：在稳压模式，当芯片检测到过流发生时，会自动关闭输出，LED显示如图十一所示，除了输出控制键以外的其它按键均被锁定，要退出保护，可以按一次输出控制键，显示就会消失。芯片的过流保护是可以延迟的，在功能设置中调整。　　十。保存操作数据：芯片会自动保存用户的操作数据，不需用户专门进行此项操作。自动保存数据是在输出被关闭的情况下进行的，若芯片检查到有数据变化时，会在三秒钟以后自动保存一次，此时LED显示会短暂地闪烁一下，表示保存成功。　　十一。关于调节按键锁定模式：调节按键的锁定是指在输出被开启的情况下禁止用户用四个调节键调节输出电压或电流，在功能设置中可以打开或关闭调节按键锁定模式。　　另外，芯片对锁定模式下的输出开关状态还进行了数据保存，每次系统开机时能自动恢复上次断电前的输出状态，如上次断电前输出是开，那么这次开机芯片也会自动把输出置为开的状态。这个功能在充电或老化实验的场合很实用，假如中途停电，那么再来电时就可以继续工作，并保持原来调节的电压或电流。　　十二。电流测量的误差：对于数字测量结果来说，这个误差分为两部分，一部分是百分比误差，由外围电路的精度决定，与芯片本身无关；另一部分是字误差，VA8100的字误差是2个字，在VDD电源电压为5.12V的情况下，芯片有最小的字误差，是1个字。　　VA8100家族成员输出电压范围：　【代换】【VA8100的】