時間:2019-09-12 09:33:55來源: ADI
當采用降壓型穩(wěn)壓器或線性穩(wěn)壓器電源時,一般是將電壓調(diào)節(jié)為設(shè)定值來為負載供電。在一些應(yīng)用中(例如,實驗室電源或需采用較長電纜連接各種元件的電子系統(tǒng)),由于互連線上存在各種電壓降,因此無法確保在所需位置點始終提供準確的穩(wěn)壓電壓。控制精度取決于許多參數(shù)。一個是負載需要連續(xù)恒定電流時的直流電壓精度。另一個是生成電壓的交流精度,這取決于生成的電壓如何隨負載瞬變而變化。影響直流電壓精度的因素包括所需的基準電壓(可能是一個電阻分壓器)、誤差放大器的行為以及電源的一些其他影響因素。影響交流電壓精度的關(guān)鍵因素包括所選的功率等級、后備電容以及控制環(huán)路的架構(gòu)與設(shè)計。
然而,除了所有這些會影響生成的電源電壓精度的因素以外,還必須考慮其他影響。如果電源與所需供電的負載空間分離,則在穩(wěn)壓電壓和需要電能的位置之間將存在電壓降。該電壓降取決于穩(wěn)壓器和負載之間的電阻。它可能是帶插頭觸點的電纜或電路板上的較長走線。
圖1.穩(wěn)壓器與相關(guān)負載之間的物理距離
圖1顯示電源和負載之間存在電阻。可以通過略微提高電源生成的電壓,來補償該電阻上的電壓損耗。不幸的是,線路電阻上產(chǎn)生的電壓降取決于負載電流,即流過線路的電流。相較于低電流,高電流會導致更高的電壓降。因此,負載由精度相當?shù)偷恼{(diào)節(jié)電壓供電,而調(diào)節(jié)電壓取決于線路電阻和相應(yīng)的電流。
對于這個問題早就有了解決方案??膳c實際連線并聯(lián),額外增加一對連接。采用開爾文檢測線測量電子負載側(cè)的電壓。在圖1中,這些額外的線路顯示為紅色。然后將這些測量值整合到電源側(cè)的電源電壓控制中。這種方式很有效,但缺點是需要額外的檢測引線。由于無需承載高電流,這類引線的直徑通常非常小。然而,在連接電纜中設(shè)置測量線以獲得更高的電流會帶來額外的工作量和更高的成本。
無需額外的一對檢測引線,也可以對電源和負載之間連接線上的電壓降進行補償。對于一些電纜布線復雜、成本高昂并且所產(chǎn)生的EMC干擾很容易耦合到電壓測試引線的應(yīng)用而言,這一點特別有意義。第二種方案是使用LT6110這類專用線路壓降補償IC。將此IC插入電壓發(fā)生側(cè),并測量進入連接線之前的電流。然后根據(jù)測得的電流來調(diào)節(jié)電源的輸出電壓,從而能夠非常精確地調(diào)節(jié)負載側(cè)電壓,而不用考慮負載電流。
圖2.利用LT6110調(diào)節(jié)電源輸出電壓,以補償連接線上的電壓降
采用LT6110這類元件,就可以根據(jù)相應(yīng)的負載電流來調(diào)節(jié)電源電壓;不過,進行這種調(diào)節(jié)需要了解線路電阻相關(guān)信息。大多數(shù)應(yīng)用都會提供此信息。如果在器件的使用壽命期間,將連接線更換成更長或更短的連接線,則還必須對采用LT6110實現(xiàn)的電壓補償進行相應(yīng)調(diào)整。
如果在器件工作期間線路電阻可能會發(fā)生變化,可使用LT4180這類元件,在負載側(cè)具有輸入電容時,通過交流信號對連接線電阻進行虛擬預(yù)測,從而為負載端提供高精度電壓。
圖3.使用LT4180對線路進行虛擬遠程測量
圖3顯示了一個采用LT4180的應(yīng)用,其中傳輸線路的電阻未知。線路輸入電壓根據(jù)相應(yīng)的線路電阻進行調(diào)節(jié)。使用LT4180,無需開爾文檢測線路,只需逐步改變線路電流并測量相應(yīng)的電壓變化即可實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。利用測量結(jié)果確定未知線路中的電壓損耗。根據(jù)電壓損耗信息實現(xiàn)DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓的最佳調(diào)節(jié)。
只要負載側(cè)的節(jié)點具有低交流阻抗,這種測量方式就很有效。在許多應(yīng)用中都有效,因為長連接線之后的負載需要一定量的能量存儲。由于阻抗低,可以對DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電流進行調(diào)節(jié),并通過測量連接線前側(cè)的電壓來確定線路電阻。
能否獲得穩(wěn)定的電源電壓不僅與電壓轉(zhuǎn)換器本身有關(guān),而且與負載的電源線也有關(guān)。
結(jié)論
通過額外配置開爾文檢測線可以提高所需的直流精度。除此之外,也可以使用集成電路來補償線路上的電壓降,無需開爾文檢測線。如果開爾文檢測線的成本太高,或者必須使用現(xiàn)有線路,且沒有額外的檢測線,這種方案會很有用。利用這些設(shè)計技巧,可以很容易實現(xiàn)更高的電壓精度。
作者簡介
FrederikDostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子專業(yè)。他的工作生涯始于2001年,從事電源管理業(yè)務(wù),在不同的應(yīng)用職位上一直表現(xiàn)活躍,包括在亞利桑那州鳳凰城工作了四年,致力于開關(guān)模式電源的研發(fā)。他于2009年加入AnalogDevices公司,現(xiàn)擔任AnalogDevices公司電源管理部現(xiàn)場應(yīng)用工程師,工作地點位于德國慕尼黑
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