【世說設(shè)計】如何防止電源線引起電壓波動？實用小妙招分享~
[導讀]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...
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顯示電源和負載之間存在電阻?？梢酝ㄟ^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的電流。
圖1. 穩(wěn)壓器與相關(guān)負載之間的物理距離。對于這個問題早就有了解決方案，可與實際連線并聯(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測，從而為負載端提供高精度電壓。
圖3顯示了一個采用LT4180的應用，其中傳輸線路的電阻未知。線路輸入電壓根據(jù)相應的線路電阻進行調(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)。
圖3. 使用 LT4180 對線路進行虛擬遠程測量。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。原文轉(zhuǎn)自亞德諾半導體
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