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如何防止由电源线引起的电压波动?

关键词:降压型稳压器 线性稳压器

时间:2019-07-02 13:52:53       来源:网络

当采用降压型稳压器或线性稳压器电源时,一般是将电压调节为设定值来为负载供电。在一些应用中(例如,实验室电源或 需采用较长电缆连接各种元件的电子系统),由于互连线上存 在各种电压降,因此无法确保在所需位置点始终提供准确的稳 压电压。控制精度取决于许多参数。一个是负载需要连续恒定 电流时的直流电压精度。另一个是生成电压的交流精度,这取 决于生成的电压如何随负载瞬变而变化。影响直流电压精度的 因素包括所需的基准电压(可能是一个电阻分压器)、误差放大器的行为以及电源的一些其他影响因素。影响交流电压精度 的关键因素包括所选的功率等级、后备电容以及控制环路的架构与设计。
 
然而,除了所有这些会影响生成的电源电压精度的因素以外,还必须考虑其他影响。如果电源与所需供电的负载空间分离,则在稳压电压和需要电能的位置之间将存在电压降。该电压降 取决于稳压器和负载之间的电阻。它可能是带插头触点的电缆 或电路板上的较长走线。

图 1 显示电源和负载之间存在电阻。可以通过略微提高电源 生成的电压,来补偿该电阻上的电压损耗。不幸的是,线路 电阻上产生的电压降取决于负载电流,即流过线路的电流。 相较于低电流,高电流会导致更高的电压降。因此,负载由 精度相当低的调节电压供电,而调节电压取决于线路电阻和 相应的电流。
 
对于这个问题早就有了解决方案。可与实际连线并联,额外增 加一对连接。采用开尔文检测线测量电子负载侧的电压。在图 1 中,这些额外的线路显示为红色。然后将这些测量值整合到电 源侧的电源电压控制中。这种方式很有效,但缺点是需要额外 的检测引线。由于无需承载高电流,这类引线的直径通常非常 小。然而,在连接电缆中设置测量线以获得更高的电流会带来 额外的工作量和更高的成本。
 
无需额外的一对检测引线,也可以对电源和负载之间连接线上 的电压降进行补偿。对于一些电缆布线复杂、成本高昂并且所 产生的 EMC 干扰很容易耦合到电压测试引线的应用而言,这一 点特别有意义。第二种方案是使用 LT6110 这类专用线路压降补 偿 IC。将此 IC 插入电压发生侧,并测量进入连接线之前的电流。 然后根据测得的电流来调节电源的输出电压,从而能够非常精 确地调节负载侧电压,而不用考虑负载电流。

采用 LT6110 这类元件,就可以根据相应的负载电流来调节电源电压;不过,进行这种调节需要了解线路电阻相关信息。大多 数应用都会提供此信息。如果在器件的使用寿命期间,将连接 线更换成更长或更短的连接线,则还必须对采用 LT6110 实现的 电压补偿进行相应调整。
 
如果在器件工作期间线路电阻可能会发生变化,可使用 LT4180 这类元件,在负载侧具有输入电容时,通过交流信号对连接线 电阻进行虚拟预测,从而为负载端提供高精度电压。

图 3 显示了一个采用 LT4180 的应用,其中传输线路的电阻 未知。线路输入电压根据相应的线路电阻进行调节。使用 LT4180,无需开尔文检测线路,只需逐步改变线路电流并测量 相应的电压变化即可实现电压调节。利用测量结果确定未知线 路中的电压损耗。根据电压损耗信息实现 DC/DC 转换器输出电 压的最佳调节。
 
只要负载侧的节点具有低交流阻抗,这种测量方式就很有效。 在许多应用中都有效,因为长连接线之后的负载需要一定量的 能量存储。由于阻抗低,可以对 DC/DC 转换器的输出电流进行 调节,并通过测量连接线前侧的电压来确定线路电阻。
 
能否获得稳定的电源电压不仅与电压转换器本身有关,而且与 负载的电源线也有关。
 
结论
 
通过额外配置开尔文检测线可以提高所需的直流精度。除此之 外,也可以使用集成电路来补偿线路上的电压降,无需开尔文 检测线。如果开尔文检测线的成本太高,或者必须使用现有线 路,且没有额外的检测线,这种方案会很有用。利用这些设计 技巧,可以很容易实现更高的电压精度。

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