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?

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(zhǔn)電壓的精度偏差（圖1）?；鶞?zhǔn)電壓由集成電路設(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(jìn)行規(guī)定，可以表示為基準(zhǔn)電壓線性調(diào)整率、輸出電壓負(fù)載調(diào)整率和穩(wěn)定反饋電壓。除了純基準(zhǔn)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(fù)載瞬變

影響所生成電壓精度的第三個因素是負(fù)載瞬變期間的行為。如果負(fù)載電流發(fā)生變化，生成的電壓可能會向上或向下偏離。負(fù)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(fù)載瞬變。負(fù)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(fù)載瞬變

負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)載瞬變，例如采用盡可能低的電壓偏移。