如何使用LTpowerCAD電阻分壓器工具提高電源輸出調(diào)節(jié)精度

作者：Jose SanBuenaventura和Henry Zhang

本文將演示如何為設(shè)計選擇合適的電源容差。具體而言，LTpowerCAD電阻分壓器工具箱將用于展示如何使用元件容差并估計輸出電壓中的相應(yīng)誤差。有了這些信息，設(shè)計人員就可以正確決定其應(yīng)用允許的公差。

介紹

幾乎可以在任何電路中找到電源。從無線電收發(fā)器到微處理器、FPGA 和放大器，電源模塊存在于某個地方是保證的，這使得電源模塊成為任何模擬或數(shù)字電路的重要組成部分。

與任何其他組件一樣，電源有多種形狀和形式。不同的架構(gòu)，如線性穩(wěn)壓器或開關(guān)模式穩(wěn)壓器具有優(yōu)點和缺點，使得一種架構(gòu)在某些應(yīng)用中優(yōu)于另一種。在所有這些架構(gòu)中，一個共同點是輸出通常由外部部件（尤其是反饋電阻）的組合決定。

在仿真工具的幫助下，可以設(shè)計出符合必要規(guī)格的電源，并提出滿足這些規(guī)格的組件值。盡管仿真結(jié)果顯示出希望，但在現(xiàn)實生活中存在局限性。一個常見的例子是組件公差。實際上，電阻器或電容器等元件的額定值會有所不同，這種差異就是公差所描述的。由57 kΩ和23 kΩ電阻組成的模擬電阻組合輸出5 V信號，與57 kΩ和23 kΩ的實際組合不同，因為元件會有所不同。除了IC固有誤差外，這種容差還會影響直流輸出電壓的精度。

穩(wěn)壓器輸出計算

ADI公司的許多穩(wěn)壓器IC都有一個輸出反饋引腳（FB或ADJ引腳）。因此，輸出電壓可以用一對外部電阻器R來設(shè)置。返回頁首和 R機器人，其中 R返回頁首連接到 V外和 FB 引腳，以及 R機器人連接FB引腳和IC信號接地引腳。通常，標(biāo)準(zhǔn)IC數(shù)據(jù)手冊公式為：

其中 V裁判IC內(nèi)部基準(zhǔn)電壓作為反饋誤差放大器的內(nèi)部輸入。我們以LT3062線性穩(wěn)壓器的輸出電壓公式為例。圖1顯示了其計算輸出電壓。

圖1.LT3062 的輸出電壓。

使用內(nèi)部生成且假定為準(zhǔn)確的基準(zhǔn)電壓源 （V裁判= LT3062的0.6 V）輸出電壓分壓器反饋網(wǎng)絡(luò)（R1和R2）決定了IC調(diào)節(jié)的電壓電平。在LT3062公式中，還有一個來自I調(diào)整后，則從ADJ引腳流出的意外偏置電流。其典型值為 15 nA，但可高達 60 nA，如電氣特性 （EC） 表所示，并且可能導(dǎo)致額外的 V外調(diào)節(jié)錯誤。

如果使用R1和R2的1%容差，電阻分壓器引起的總Vo誤差是多少（1%還是2%）？我們應(yīng)該在應(yīng)用中使用0.5%還是0.1%的電阻？輸出電壓可能需要一定水平的精度，選擇合適的電阻起著關(guān)鍵作用。如果用容差較高的電阻器可以達到目標(biāo)誤差，則可能不希望使用容差非常低的電阻器（這可能非常昂貴）。

LTpowerCAD電阻分壓器工具

為了幫助設(shè)計，LTpowerCAD電阻分壓器工具?可以使用。LTpowerCAD是一個完整的電源設(shè)計程序，配備了一個設(shè)計資產(chǎn)工具箱，包括電阻分壓器設(shè)計工具。電阻分壓器工具接受輸入，例如所需的輸出電壓電平V外和穩(wěn)壓器的電壓基準(zhǔn) V裁判（ADJ引腳或FB引腳電壓），然后根據(jù)所選容差推薦市售的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，以達到所需的電壓。使用此工具估計兩個誤差：1） 由標(biāo)準(zhǔn)分立標(biāo)準(zhǔn)電阻值引起的誤差。注意：對于給定的 V外和 V裁判，該工具會自動選擇最佳匹配對標(biāo)準(zhǔn)電阻值以最小化此誤差，因此實際V外最接近目標(biāo)值。2） 給定 V 的電阻容差引起的誤差外和 V裁判組合。事實上，對于一對精度為1%的電阻分壓器，有效分壓器容差成為分壓器比的函數(shù)，范圍為1%至2%。LTpowerCAD電阻分壓器工具將這兩個誤差相加，得出總R分壓器容差。這使得工程師可以輕松查看總誤差，從而決定滿足最終目標(biāo)所需的電阻容差水平（0.1%、0.5%、1%或2%）。

圖2.打開LTpowerCAD工具箱中的電阻分壓器工具。

圖3.LTpowerCAD電阻分壓器工具：電阻對推薦。

該工具還具有在給定其他電阻（用戶輸入）時求解頂部或底部電阻值的功能，同時還考慮目標(biāo)或允許的元件容差。

除了電阻值建議外，該工具還顯示了與元件容差相關(guān)的誤差計算，相對于理想和實際V。外.

利用這些參數(shù)，設(shè)計人員可以在給定所選元件容差的情況下了解預(yù)期的電壓范圍，并評估其是否符合目標(biāo)應(yīng)用。

最后，該工具還具有查找任何給定值的標(biāo)準(zhǔn)值電阻器的功能，以幫助簡化元件搜索。

其他錯誤和注意事項

需要指出的是，該電阻分壓器工具僅通過電阻分壓器估計直流誤差。它不包括其他直流誤差，這些誤差應(yīng)與總電源V的電阻分壓器誤差相加外調(diào)節(jié)精度。這些附加誤差包括：1） IC內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源V裁判誤差，典型范圍為0.5%至1.5%，可在IC數(shù)據(jù)手冊EC表中找到;2）電源線路和負載調(diào)整率錯誤，也可以在IC EC表上找到;3） ADJ 或 FB 引腳漏電流誤差 （如 LT3062 示例所示），R 較低機器人希望減少此錯誤的值;4）本地IC與遠程負載器件之間的PCB電阻等引起的附加誤差。在設(shè)計電源時，在估算總誤差時應(yīng)考慮所有這些誤差。

此外，高精度電子系統(tǒng)還可能對總電源輸出電壓容差有嚴(yán)格的要求，包括直流誤差和交流紋波。例如，許多高電流ASIC和FPGA需要±2%或±3%的總?cè)莶畲翱?，包括直流誤差和交流紋波。為了滿足這一嚴(yán)格的要求，電源必須設(shè)計為具有快速瞬態(tài)響應(yīng)，并具有大容量輸出電容以最小化V外快速負載階躍瞬變期間的紋波。在這種情況下，選擇具有緊密V的IC至關(guān)重要裁判寬容。高電流軌需要具有遠程電壓檢測功能的穩(wěn)壓器。此外，輸出電容器節(jié)省的空間和成本將遠遠大于使用0.5%甚至0.1%電阻的小成本增加。使用集成模塊也很有幫助，例如ADI LTM 系列μ模塊穩(wěn)壓器?，指定總直流調(diào)節(jié)容差（包括 V裁判、線路和負載調(diào)整率誤差）的完整高性能電源解決方案。

圖4.LTpowerCAD電阻分壓器工具：R返回頁首或 R底求解。

圖5.LTpowerCAD電阻分壓器工具：電壓誤差計算。

圖6.LTpowerCAD電阻分壓器工具：標(biāo)準(zhǔn)電阻查找器。

結(jié)論

根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用，一定級別的電源 V外公差是必需的。幾毫伏的誤差可能是不同系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵方面，因此必須滿足適當(dāng)?shù)脑O(shè)計考慮。

影響調(diào)壓閥精度的一個外部可控因素是元件公差。使用容差為 0.5% 的電阻器與容差為 2% 的電阻器之間的差異可能會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生重大影響，而選擇正確的元件可降低出錯的可能性。選擇正確的組件還有助于最大限度地降低成本并提高可靠性，因為更換組件的需求將被最小化或消除。

使用 LTpowerCAD 電阻分壓器工具，工程師可以觀察元件容差對其電源設(shè)計的影響。通過最初選擇目標(biāo)輸出電壓和基準(zhǔn)引腳電壓，設(shè)計人員可以：（1） 獲得目標(biāo)電壓的最佳匹配標(biāo)準(zhǔn)電阻對，（2） 求解頂部或底部電阻，以及 （3） 由于 R 分壓器容差而實現(xiàn)所需的電壓誤差范圍。

憑借給定的特性，加上標(biāo)準(zhǔn)的電阻分壓器查找器，電阻分壓器工具被證明對電源設(shè)計很有幫助。它特別可以幫助電源設(shè)計初學(xué)者的工程師熟悉它。使用此工具，工程師可以設(shè)計出符合預(yù)期應(yīng)用所需規(guī)格的電源，并確保為不同系統(tǒng)模塊提供最佳性能和功率。

審核編輯：郭婷