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      如何防止由電源線引起的電壓波動?

      發布時間:2019-06-28 責任編輯:lina

      【導讀】當采用降壓型穩壓器或線性穩壓器電源時,一般是將電壓調節為設定值來為負載供電。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),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 壓電壓。控制精度取決于許多參數。
       
      當采用降壓型穩壓器或線性穩壓器電源時,一般是將電壓調節為設定值來為負載供電。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),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 壓電壓。控制精度取決于許多參數。一個是負載需要連續恒定 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 的關鍵因素包括所選的功率等級、后備電容以及控制環路的架構與設計。
       
      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的電纜 或電路板上的較長走線。
       
      如何防止由電源線引起的電壓波動?

      圖 1 顯示電源和負載之間存在電阻。可以通過略微提高電源 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 精度相當低的調節電壓供電,而調節電壓取決于線路電阻和 相應的電流。
       
      對于這個問題早就有了解決方案。可與實際連線并聯,額外增 加一對連接。采用開爾文檢測線測量電子負載側的電壓。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 插入電壓發生側,并測量進入連接線之前的電流。 然后根據測得的電流來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。
       
      如何防止由電源線引起的電壓波動?
       
      采用 LT6110 這類元件,就可以根據相應的負載電流來調節電源電壓;不過,進行這種調節需要了解線路電阻相關信息。大多 數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 實現的 電壓補償進行相應調整。
       
      如果在器件工作期間線路電阻可能會發生變化,可使用 LT4180 這類元件,在負載側具有輸入電容時,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。
       
      如何防止由電源線引起的電壓波動?
       
      圖 3 顯示了一個采用 LT4180 的應用,其中傳輸線路的電阻 未知。線路輸入電壓根據相應的線路電阻進行調節。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電壓調節。利用測量結果確定未知線 路中的電壓損耗。根據電壓損耗信息實現 DC/DC 轉換器輸出電 壓的最佳調節。
       
      只要負載側的節點具有低交流阻抗,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 轉換器的輸出電流進行 調節,并通過測量連接線前側的電壓來確定線路電阻。
       
      能否獲得穩定的電源電壓不僅與電壓轉換器本身有關,而且與 負載的電源線也有關。
       
      結論
       
      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。利用這些設計 技巧,可以很容易實現更高的電壓精度。
       (來源:Frederik Dostal ADI 公司)
       
       
       
       
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