Frederik Dostal
ADI 公司
當采用降壓型穩壓器或線(xiàn)性穩壓器電源時(shí)，一般是將電壓調節為設定值來(lái)為負載供電。在一些應用中 (例如，實(shí)驗室電源或需采用較長(cháng)電纜連接各種元件的電子系統)，由于互連線(xiàn)上存在各種電壓降，因此無(wú)法確保在所需位置點(diǎn)始終提供準確的穩壓電壓�？刂凭热Q于許多參數。一個(gè)是負載需要連續恒定電流時(shí)的直流電壓精度。另一個(gè)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(gè)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)路的架構與設計。
然而，除了所有這些會(huì )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。該電壓降取決于穩壓器和負載之間的電阻。它可能是帶插頭觸點(diǎn)的電纜或電路板上的較長(cháng)走線(xiàn)。
圖 1.穩壓器與相關(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�？梢酝ㄟ^(guò)略微提高電源生成的電壓，來(lái)補償該電阻上的電壓損耗。不幸的是，線(xiàn)路電阻上產(chǎn)生的電壓降取決于負載電流，即流過(guò)線(xiàn)路的電流。相較于低電流，高電流會(huì )導致更高的電壓降。因此，負載由精度相當低的調節電壓供電，而調節電壓取決于線(xiàn)路電阻和相應的電流。
對于這個(gè)問(wèn)題早就有了解決方案�？膳c實(shí)際連線(xiàn)并聯(lián)，額外增加一對連接。采用開(kāi)爾文檢測線(xiàn)測量電子負載側的電壓。在圖 1 中，這些額外的線(xiàn)路顯示為紅色。然后將這些測量值整合到電源側的電源電壓控制中。這種方式很有效，但缺點(diǎn)是需要額外的檢測引線(xiàn)。由于無(wú)需承載高電流，這類(lèi)引線(xiàn)的直徑通常非常小。然而，在連接電纜中設置測量線(xiàn)以獲得更高的電流會(huì )帶來(lái)額外的工作量和更高的成本。
無(wú)需額外的一對檢測引線(xiàn)，也可以對電源和負載之間連接線(xiàn)上的電壓降進(jìn)行補償。對于一些電纜布線(xiàn)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(xiàn)的應用而言，這一點(diǎn)特別有意義。第二種方案是使用LT6110 這類(lèi)專(zhuān)用線(xiàn)路壓降補償 IC。將此 IC 插入電壓發(fā)生側，并測量進(jìn)入連接線(xiàn)之前的電流。然后根據測得的電流來(lái)調節電源的輸出電壓，從而能夠非常精確地調節負載側電壓，而不用考慮負載電流。
圖 2.利用 LT6110 調節電源輸出電壓，以補償連接線(xiàn)上的電壓降。
采用 LT6110 這類(lèi)元件，就可以根據相應的負載電流來(lái)調節電源電壓；不過(guò)，進(jìn)行這種調節需要了解線(xiàn)路電阻相關(guān)信息。大多數應用都會(huì )提供此信息。如果在器件的使用壽命期間，將連接線(xiàn)更換成更長(cháng)或更短的連接線(xiàn)，則還必須對采用 LT6110 實(shí)現的電壓補償進(jìn)行相應調整。
如果在器件工作期間線(xiàn)路電阻可能會(huì )發(fā)生變化，可使用LT4180 這類(lèi)元件，在負載側具有輸入電容時(shí)，通過(guò)交流信號對連接線(xiàn)電阻進(jìn)行虛擬預測，從而為負載端提供高精度電壓。
圖 3.使用 LT4180 對線(xiàn)路進(jìn)行虛擬遠程測量。
圖 3 顯示了一個(gè)采用 LT4180 的應用，其中傳輸線(xiàn)路的電阻未知。線(xiàn)路輸入電壓根據相應的線(xiàn)路電阻進(jìn)行調節。使用 LT4180，無(wú)需開(kāi)爾文檢測線(xiàn)路，只需逐步改變線(xiàn)路電流并測量相應的電壓變化即可實(shí)現電壓調節。利用測量結果確定未知線(xiàn)路中的電壓損耗。根據電壓損耗信息實(shí)現 DC/DC 轉換器輸出電壓的最佳調節。
只要負載側的節點(diǎn)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(cháng)連接線(xiàn)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 轉換器的輸出電流進(jìn)行調節，并通過(guò)測量連接線(xiàn)前側的電壓來(lái)確定線(xiàn)路電阻。
能否獲得穩定的電源電壓不僅與電壓轉換器本身有關(guān)，而且與負載的電源線(xiàn)也有關(guān)。
結論
通過(guò)額外配置開(kāi)爾文檢測線(xiàn)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(lái)補償線(xiàn)路上的電壓降，無(wú)需開(kāi)爾文檢測線(xiàn)。如果開(kāi)爾文檢測線(xiàn)的成本太高，或者必須使用現有線(xiàn)路，且沒(méi)有額外的檢測線(xiàn)，這種方案會(huì )很有用。利用這些設計技巧，可以很容易實(shí)現更高的電壓精度。
