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作者：Frederik Dostal，DI公司電源管理專家 摘要 任何開關電源都無法提供絕對精確的輸出。輸出電壓的調節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容差范圍。 引言 開關電源有一個反饋引腳，可用來設置輸出電壓。此輸出電壓由電源電路調節。但問題是，電壓調節的精度如何。 圖1顯示了一個降壓式的開關電源。 它利用一個已有的、通常不穩定的電源電壓（輸入電壓），生成一個經調節后盡可能精確的輸出電壓。 
圖1. 降壓式開關電源電路結構 輸出電壓的精度由多種影響因素和容差決定。 直流容差 直流調節偏差包含電壓轉換器中包含的基準電壓的精度偏差（圖1）。基準電壓由集成電路設計者創建，它在電源電壓范圍、IC的制造容差和工作溫度范圍內只有微小的偏差。電壓轉換器IC的數據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定，可以表示為基準電壓線性調整率、輸出電壓負載調整率和穩定反饋電壓。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格可選。通常，電阻的容差值接近規定的最大容差。在生產過程中，容差較小的優質電阻會被篩選出來，作為高精度電阻出售。 輸出電壓紋波 在開關電源中，調節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壓器的電感電流的波動和輸出電容值及其等效串聯電阻(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，發生得越快，輸出電壓與設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®工具能夠優化電源轉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 結語 選擇電源電路時，首先必須確定具體應用所需的電壓精度。這一點非常關鍵，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，應當優化電路的控制回路，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。 作者簡介 Frederik Dostal是一名擁有20多年行業經驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，進而積累了不少經驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。 |
