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輸出可調電源的設計思路

發布時間:2022-09-08 來源:金升陽 責任編輯:wenwei

【導讀】隨著電器的豐富,用電場所的增加,常規的輸出電壓已不滿足多樣化使用場景的要求。特別當用電設備與供電設備距離較遠時,途中導線帶來的電壓降無法忽略,它會降低負載的實際供電電壓,影響用電質量。為了兼顧所有用電者,輸出可調的電源應運而生。


二、常見方式


目前,常規的可調電源是將電壓采樣回路中,用阻值可調的電阻代替穩定阻值的電阻,實現輸出電壓可調的功能。在可調電壓設置上,一般遵循“上偏范圍≥下偏范圍”的策略。畢竟電壓高了,后端可以通過走線等方式把電壓降下來。但電壓低了就真的低了,巧婦難為無米之炊。


一般的電壓采樣電路,將電阻換成可調電阻,有以下兩種方式,均可實現輸出電壓調整的功能。


(1)當可調電阻放低端時


可調電阻的變化影響采樣電流,繼而影響輸出電壓,參數計算設計稍復雜,且阻值較大,選型麻煩??烧{電阻的變化會影響采樣電流,為確保調整率性能,我們一般設置采樣電流比流入TL431參考腳的電流大100倍,實現性能可控。


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(2)當可調電阻放高端時


可調電阻變化直接影響輸出電壓,參數設計較直觀,斜率變化小。但由于高端電阻參與產品環路調整,在調整輸出電壓時,會讓產品的環路增益和相位裕量變化。而這兩者的變化是非線性的,會增加了產品的不確定性。同時,當輸出端產生過電壓擾動時,高端的可調電阻將承受部分應力,長期以往會降低可調電阻的可靠性,影響產品壽命。因此,我們放在高端的電阻封裝一般在0805或以上,低端的電阻封裝在0603或以下。


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三、電路對比


以24V輸出為例,圖3a為采樣電路參數相近情況下,兩者的變化斜率對比圖。明顯看出可調電阻放低端時,輸出電壓受阻值變化影響較大,且斜率單調變化??烧{電阻放高端時,輸出電壓受阻值變化影響較小,斜率幾乎不變。若高端的電路想實現如此寬的電壓變化,需同時減小采樣電路阻值,結果如圖3b所示。


綜上所述,由于高端設計會引起產品可靠性問題,并使環路設計難度加大,故一般設計都把可調電阻設計在低端。


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四、電路優化及優勢


然而,這兩種電路雖然簡單,但是在可調電阻異常斷路后,產品將開環,輸出電壓無限制上升,造成后端產品的過電壓損壞。對此,需要額外增加輸出過壓保護限制。同時,由于機械式可調電阻受溫度影響大,高低溫下器件的熱脹冷縮會讓觸點偏移,導致輸出電壓波動,造成電壓溫飄問題。若不對可調電阻加以限制,電阻阻值的溫飄將影響輸出電壓,嚴重的將掉出電壓精度。以上低端的R71、R71B,高端的R72為其中一種串聯限制方式。


除了串聯以外,并聯也是一種可降低電阻阻值溫飄影響的方式。但在使用低端電路控制時,一般不會將可調電阻直接并聯在TL431參考腳與地兩端,否則當可調電阻阻值在零附近變化時,輸出電壓將呈指數上升,難以控制。因此,優化后使用圖4串并聯的限制方式。這一電路還能確保,無論可調電阻短路還是斷路,其輸出電壓均可以由其他電阻鉗位控制,不至于產生產品開環,電壓持續上升的問題。


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雖然該電路可靠性更高,但因為引入了三個未知數,需額外設定一個條件,會使計算更加復雜,可以擬制參數計算表,實現一勞永逸。在規定可調上下限后,產品輸出電壓總體的變化趨勢如圖5所示,可見圖1與圖4變化規律類似,均呈現斜率逐漸變化的趨勢。但是圖4與圖1相比,前半段變化更急,后半段變化更緩??衫么艘幝?,將額定電壓設置在可調電阻阻值后半段區域,降低可調電阻溫飄的影響。


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除了降低溫飄影響以外,巧妙利用該規律還可提升用戶使用滿意度和生產效率。對于大部分使用者來說,最常使用的還是額定電壓值,如果此處斜率變化過大,就會出現使用者稍微用力調整旋鈕,產品輸出電壓就變化很大的情況,需要使用者反復調整至所需電壓值,不便于使用。而在生產上同理,若輸出電壓的變化比自動調壓的機器還靈敏,則需要人工介入調整,否則機器將一直在循環做無用功,降低生產效率。


五、小結


可調電路雖設計簡單,但通過多種變化,可滿足不同的要求,實現生產效益的最大化。目前,金升陽的15-75W的開關電源LM系列、LOF225-20Bxx等產品均使用該電路方案。我們秉承著把難題留給自己,把便利留給客戶的精神,不斷創新,持續優化,為客戶提供更優質的產品。



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