作者：Frederik Dostal，電源管理專家

摘要

任何開關(guān)電源都無法提供絕對精確的輸出。輸出電壓的調(diào)節(jié)精度會受到多種容差的影響。本文解釋了各種不精確性的來源，并說明了如何確定總?cè)莶罘秶?/p>

引言

開關(guān)電源有一個反饋引腳，可用來設(shè)置輸出電壓。此輸出電壓由電源電路調(diào)節(jié)。但問題是，電壓調(diào)節(jié)的精度如何。

圖1顯示了一個降壓式的開關(guān)電源。

它利用一個已有的、通常不穩(wěn)定的電源電壓（輸入電壓），生成一個經(jīng)調(diào)節(jié)后盡可能精確的輸出電壓。

圖1. 降壓式開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)

輸出電壓的精度由多種影響因素和容差決定。

直流容差

直流調(diào)節(jié)偏差包含電壓轉(zhuǎn)換器中包含的基準電壓的精度偏差（圖1）?；鶞孰妷河杉呻娐吩O(shè)計者創(chuàng)建，它在電源電壓范圍、IC的制造容差和工作溫度范圍內(nèi)只有微小的偏差。電壓轉(zhuǎn)換器IC的數(shù)據(jù)手冊中會給出直流容差。直流容差的值可通過多種方式進行規(guī)定，可以表示為基準電壓線性調(diào)整率、輸出電壓負載調(diào)整率和穩(wěn)定反饋電壓。除了純基準電壓的精度外，后者還包括反饋引腳處的其他IC特定的直流容差。

直流容差還包括穩(wěn)定輸出電壓與反饋引腳之間的電阻分壓器的電阻值偏差（圖1中的Rfb1和Rfb2）。這類電阻有多種容差規(guī)格可選。通常，電阻的容差值接近規(guī)定的最大容差。在生產(chǎn)過程中，容差較小的優(yōu)質(zhì)電阻會被篩選出來，作為高精度電阻出售。

輸出電壓紋波

在開關(guān)電源中，調(diào)節(jié)后的輸出電壓始終存在一定的電壓紋波。這種電壓紋波由降壓型穩(wěn)壓器的電感電流的波動和輸出電容值及其等效串聯(lián)電阻(ESR)決定。通過使用高電感值的線圈和低ESR的大輸出電容，可以減少電壓紋波，但開關(guān)電源無法完全消除輸出電壓紋波。

負載瞬變

影響所生成電壓精度的第三個因素是負載瞬變期間的行為。如果負載電流發(fā)生變化，生成的電壓可能會向上或向下偏離。負載瞬變的幅度越大，發(fā)生得越快，輸出電壓與設(shè)定點的短期偏差就越大。

為了盡可能降低此因素對所生成電壓的誤差的影響，控制回路的速度必須足夠快。ADI公司的LTpowerCAD®工具能夠優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換器電路的控制回路。

圖2顯示了LT8642S的負載瞬變。負載電流在500 ns內(nèi)從100 mA提高到5 A，并在250 µs后又迅速降低。電壓峰值約為27.5 mV，電壓谷值約為26.4 mV。

圖2.使用LTpowerAnalyzer在時域中測量負載瞬變

負載瞬變由ADI公司的LTpowerAnalyzer測量。利用此硬件，可以輕松測量不同電流電平和不同階躍時間的負載瞬變。

圖3顯示了影響開關(guān)電源容差的不同因素。

圖3.影響電源輸出電壓精度的不同因素

結(jié)語

選擇電源電路時，首先必須確定具體應(yīng)用所需的電壓精度。這一點非常關(guān)鍵，因為它直接影響元器件的選型。例如：如果在乎直流精度，要重點選擇電源轉(zhuǎn)換器IC和電阻分壓器；如果考慮輸出電壓紋波和負載瞬變，要選擇合適的電感和輸出電容。此外，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化電路的控制回路，以盡可能有效地處理負載瞬變，例如采用盡可能低的電壓偏移。m/cn。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

作者簡介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場應(yīng)用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，進而積累了不少經(jīng)驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負責(zé)開關(guān)電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計和應(yīng)用知識，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。