開關(guān)電源設(shè)計最新

電源工程師設(shè)計札記（一）：輕松完成電源設(shè)計2012年06月11日13:45

來源：本站整理

作者：電子大兵

我要評論(2)標(biāo)簽：電子發(fā)燒友網(wǎng)(153)電源設(shè)計(170)電源工程師(10)電子發(fā)燒友網(wǎng)按：電源設(shè)計對于每個工程師來說都會有點(diǎn)熟悉而又陌生的感覺。如何有效攻克電源設(shè)計中遇到的疑難雜癥？加強(qiáng)工程師之間溝通，充分利用工程師的設(shè)計心得是其中一個有效途徑?；诖耍娮影l(fā)燒友網(wǎng)將電子發(fā)燒友網(wǎng)讀者奉上《電源工程師設(shè)計札記》系列大餐，之后還將會推出相關(guān)電子書，敬請留意！1、如何使過壓過流電路保護(hù)設(shè)計更輕松？對于大型的控制電路，比如LED燈塔的電源控制線路，其保護(hù)以及維修都是一個比較復(fù)雜的工程。使用TBU方案，是否可以使過壓過流電路保護(hù)解決方案設(shè)計更輕松呢？本文從傳統(tǒng)的保護(hù)元器件入手，對比傳統(tǒng)過流過壓保護(hù)元器件和TBU方案的工作方式，深度解析TBU與傳統(tǒng)過壓過流電路保護(hù)元件的區(qū)別及其應(yīng)用限制，為廣大電子工程師探索過壓過流電路保護(hù)方案輕松設(shè)計之道。保護(hù)元器件的分類保護(hù)電子元器件主要分成兩大塊，如圖所示，一塊是過流保護(hù)，一塊是過壓保護(hù)。相對過壓的保護(hù)元件，過流的保護(hù)元件主要分成圖示上部分的幾塊，右邊的元件反應(yīng)速度快，但通流量較小，而左邊的元件相反，所以需要做一些搭配。主要是整合器的元器件，如TBU。TBU把過流和過壓的元器件組合在一起，可同時進(jìn)行過流和過壓保護(hù)。傳統(tǒng)過流和過壓保護(hù)元器件的組合和工作方式下圖是最常見的組合圖，可以看出怎樣把過流和過壓保護(hù)元器件放在一般的線路上。過流的產(chǎn)品一定是串聯(lián)在電路上，包含一般電阻或電壓。而過壓的產(chǎn)品主要并聯(lián)在電路上，包含一級壓、二級壓、三級壓。類似TBS管等，二級和三級基本可以互換，關(guān)鍵是怎樣做搭配，保護(hù)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作非常重要。按傳統(tǒng)的方式，當(dāng)一個雷擊進(jìn)來之后，首先上升的一定是電壓，一定是內(nèi)部靠近IC部分的保護(hù)器件最先反應(yīng)，若沒有反應(yīng)，內(nèi)部線路肯定會被擊穿；或TBS管一定要運(yùn)作，作為開關(guān)直接關(guān)閉。舉例來說，由于過電壓產(chǎn)品最怕電流質(zhì)，而過電流產(chǎn)品最怕電壓，當(dāng)TBS打開之后，所有的電流都會往一邊流。若出現(xiàn)一個很大的雷擊，這個TBS管一定會被擊穿。所以必須要在外面擺上一個氣體管，來保護(hù)這個TBS管。當(dāng)電流經(jīng)過這個管后，其電壓會持續(xù)上升，靠近外面的氣體放電管，必須要在動作之后才能保護(hù)TBS管。一般來講，PDC的速度非常慢，所以單個雷擊進(jìn)來之后PDC沒有辦法動作。TBU是近十年一個比較新的產(chǎn)品，是高速的保護(hù)器，也可以說是一個電子的限流器?，F(xiàn)在來看看TBU的工作方式與傳統(tǒng)過壓過流保護(hù)元器件有何不同。TBU的工作方式傳統(tǒng)電子保險絲的內(nèi)部結(jié)構(gòu)TUB的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與傳統(tǒng)的雙向保險絲結(jié)構(gòu)相比，TUB最重要的差異是電壓部分。傳統(tǒng)保險絲的工作方式是把電流導(dǎo)到地的方式，而TBU方式主要是用隔離的方式。雷擊進(jìn)來之后電流經(jīng)過內(nèi)部的IC去走，當(dāng)電流超過觸發(fā)點(diǎn)之后，TBU就會打開，TBU打開之后所有的能量都是隔絕在外，這時候電壓還是會持續(xù)上升。在外部放一個氣體管保護(hù)TBU。由于過電流產(chǎn)品最怕是電壓。而TBU是過電流產(chǎn)品，假設(shè)選擇的是一個850v的TBU，必須確定線路偷走的電壓值不能夠超過850v，所以必須在外部再擺一個氣體放電管去保護(hù)TBU，這點(diǎn)與傳統(tǒng)的方式有所區(qū)別。事實(shí)上兩種應(yīng)用方式的區(qū)別是后者做了開關(guān)，把能量全部阻絕在外面。把TBU放入電路之后，電流會上升，這時候TBU就要打開，阻絕到電流跟電壓，電路就被保護(hù)。當(dāng)電壓上升之后，因?yàn)槠浞磻?yīng)速度非?？欤黼娏饕采仙?，TBU動作之后會阻絕電壓與電流的部分。TBU是電流啟動電壓回復(fù)的元件。當(dāng)TBU沒有動作的時候，如同電阻；電流超過之后，開關(guān)直接打開，承接高阻；當(dāng)電壓回復(fù)之后，TBU回復(fù)原本工作狀態(tài)。如何選擇開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)-電源工程師設(shè)計札記（一）：輕松完成電源設(shè)計2012年06月11日13:45

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我要評論(2)標(biāo)簽：電子發(fā)燒友網(wǎng)(153)電源設(shè)計(170)電源工程師(10)2、如何選擇開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源是電子產(chǎn)品中必不可少的一部分，現(xiàn)在逐漸流行開關(guān)電源，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種。下面就個人了解，羅列一些（不一定全）供大家參考。首先要明確您的產(chǎn)品中電源部分是否要與輸入電源隔離。對于不隔離式開關(guān)電源，大體上有降壓（buck）、升壓（boost）、極性反轉(zhuǎn)（負(fù)輸出，降升壓buck-boost）、斬波（cuck）3種類型。對于隔離式開關(guān)電源，分正激、反激、半橋、全橋、推挽5種類型。先說不隔離式：降壓（buck）型原理如下圖所示，前半周期Q1導(dǎo)通向C供電同時L1儲能，后半周期D1導(dǎo)通L1放能向C供電。升壓（boost）型原理如下圖所示，前半周期Q1導(dǎo)通L1儲能，后半周期D1導(dǎo)通L1放能與V1串連向C1供電。極性反轉(zhuǎn)型原理如下圖所示，前半周期Q1導(dǎo)通L1儲能，后半周期D1導(dǎo)通L1放能向C1供電。若輸入電壓大于工作電壓，則選用降壓型，反之選擇升壓型。若單電源輸入，需要+、-電源時選用極性反轉(zhuǎn)型。再說隔離式：若輸出功率較?。?00W以下）常用反激式；若功率稍大，可選用正激式；再大就要采用半橋或全橋式了。反激式是磁性元件在前半周儲能，后半周期傳遞能量。并關(guān)管要承受電源電壓與反激電壓之和，一般220V整流后要用700V左右的功率管。正激式是在前半周期直接傳遞能量，后半周期泄放磁場。若磁場泄放不掉，則后面的周期中會因磁飽和而燒毀功率器。全橋式是有4個功率器件，能夠讓變壓器原邊電流來回流動，在每半個周期都傳遞能量，所以能做到較大功率。半橋式是全橋式的簡化，它將一個橋臂上的功率器件換成電容，節(jié)約了一半數(shù)量的功率器件，且功率器件上承受的電壓也減半，故降低了成本。升壓變換中多采用推挽式，因原邊電壓較低，繞組匝數(shù)少，繞成雙原邊也不增加多少成本，雙繞組又能增加功率，故是廣泛采用的方式。3、多電源系統(tǒng)的監(jiān)控和時序控制現(xiàn)今，電子系統(tǒng)往往具有許多不同的電源軌。在采用模擬電路和微處理器、DSP、ASIC、FPGA的系統(tǒng)中，尤其如此。為實(shí)現(xiàn)可靠、可重復(fù)的操作，必須監(jiān)控各電源電壓的開關(guān)時序、上升和下降速率、加電順序以及幅度。既定的電源系統(tǒng)設(shè)計可能包括電源時序控制、電源跟蹤、電源電壓/電流監(jiān)控和控制。有各種各樣的電源管理IC可以執(zhí)行時序控制、跟蹤、上電和關(guān)斷監(jiān)控等功能。時序控制和跟蹤器件可以監(jiān)控和控制多個電源軌，其功能可能包括設(shè)置開啟時間和電壓上升速率、欠壓和過壓故障檢測、余量微調(diào)（在標(biāo)稱電壓值的一定范圍內(nèi)調(diào)整電源電壓）以及有序關(guān)斷。適合這些應(yīng)用的IC種類眾多，簡單的如利用電阻、電容和比較器構(gòu)成的純模擬器件，復(fù)雜的如高集成度狀態(tài)機(jī)和通過I2Cbus.總線進(jìn)行數(shù)字控制的可編程器件。某些情況下，系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器和控制器可能包括關(guān)鍵控制功能。對于采用多個開關(guān)控制器和調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)，還有一個考慮是器件以不同開關(guān)頻率工作時，如何將產(chǎn)生的系統(tǒng)噪聲降至最低。常常需要同步調(diào)節(jié)器的時鐘，事實(shí)上，如今的許多高性能開關(guān)控制器和調(diào)節(jié)器都可以與外部時鐘同步。圖1.電源軌的控制類型電源時序控制和跟蹤-電源工程師設(shè)計札記（一）：輕松完成電源設(shè)計2012年06月11日13:45

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我要評論(2)標(biāo)簽：電子發(fā)燒友網(wǎng)(153)電源設(shè)計(170)電源工程師(10)電源時序控制和跟蹤所謂電源時序控制，是指以指定順序開關(guān)電源。電源時序控制可以簡單地基于既定的時間順序，或者一個電源的開啟時間取決于另一個電源何時達(dá)到設(shè)定的閾值。電源跟蹤基于這樣一個事實(shí)：電源電壓無法（一般也不應(yīng)）瞬間改變。電源系統(tǒng)設(shè)計師可以利用這一特性，有效地控制系統(tǒng)中各電源相對于其它電源的斜率。電源跟蹤分為三類：同步、比率和偏移。圖1中的四幅圖對時序控制、同步跟蹤、比率跟蹤和偏移跟蹤進(jìn)行了比較。圖1a中，三個電源按一定的時間順序開啟和關(guān)閉。首先是3.3V電源開啟，后續(xù)電源的開啟和關(guān)閉延遲時間取決于應(yīng)用的需要。如果額定最大值要求電源按一定的順序激活，這種簡單的時序控制技術(shù)將能確保有源器件的電壓不會超過額定最大值。舉例來說，在ADC驅(qū)動的放大器上電之前，我們必須保證ADC的電源存在，否則可能損壞ADC的前端。圖1b顯示同步跟蹤情況，所有三個電源同時開啟，并且以相同的速率彼此跟蹤，因此最低電源電壓首先建立，然后是較高的電源電壓。電源關(guān)斷以相反的方式進(jìn)行。這個例子很好地說明了舊式FPGA或微處理器應(yīng)用中電源是如何接通的：首先激活較低的內(nèi)核電壓，然后接通輔助或I/O電源。稍后將以XilinxVirtex-5FPGA的同步跟蹤舉例說明。圖1c中，電源以不同的斜率上電。如前所述，能夠?qū)﹄娫吹男甭蔰V/dt進(jìn)行控制是一個非常有用的特性，它可以防止電路中去耦電容的大浪涌電流（充電電流）損壞器件。如果不加限制的話，浪涌電流可能大大超過標(biāo)稱工作電流。斜率限制可以防止有源器件閂鎖、電容短路、PCB走線受損以及線路保險絲熔斷。圖1d中，所有電源具有相同的斜率，但其施加時間由預(yù)定的失調(diào)電壓決定。此類跟蹤適用于需要限制電源電壓差（常常出現(xiàn)在DAC和ADC等混合信號器件的額定最大值部分）的器件，這種方法可以防止器件永久性受損?；贔PGA的設(shè)計示例使用FPGA系統(tǒng)的供電是探討多電源系統(tǒng)處理的活教材。適當(dāng)?shù)腇PGA電源控制對于實(shí)現(xiàn)可靠、可重復(fù)的設(shè)計至關(guān)重要，否則可能會在實(shí)驗(yàn)室甚至現(xiàn)場引發(fā)災(zāi)難性故障。大多數(shù)FPGA具有多個電源軌，一般表示為VCCO，VCCAUX，和VCCINT.這些電源分別用于為FPGA內(nèi)核、輔助電路（如時鐘和PLL等）、接口邏輯供電。這些電源軌需要考慮的事項(xiàng)可以分為如下幾類：電源軌的時序控制電源軌電壓的容差要求電源可能有軟啟動或斜率控制需求下面以XilinxVirtex-5系列FPGA的電源要求為例來說明，該系列提供許多特性，包括邏輯可編程能力、信號處理和時鐘管理。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，Virtex-5的電源上電順序要求為VCCINT，VCCAUX，andVCCO.這些電源相對于地的斜坡時間為200μs（最小值）至50ms（最大值）。建議工作條件如表1所示。The如前所述，Virtex-5要求同步電壓跟蹤。此外，電源必須在特定的建議工作容差范圍內(nèi)，而且必須在特定的dV/dt范圍內(nèi)上升和下降。Butthe但是，F(xiàn)PGA只是一個較大系統(tǒng)的一部分。為了進(jìn)一步闡明本例，假設(shè)有一個高電流、5V主系統(tǒng)電源軌。為FPGA內(nèi)核供電的1V電源具有±5%（±50mV）的容差，需要提供最高4A的電流。3V電源為通用邏輯電源，具有±5%的容差，在本例中需要提供4A電流以便為FPGAI/O和設(shè)計中的其它邏輯器件供電。2.5V電源為模擬電源，需要提供低噪聲的100mA電流。針對此應(yīng)用，利用雙通道降壓控制器ADP1850提供1V和3V高電流電源是一個很好的解決方案。ADP1850具有許多特性，其中包括：軟啟動控制、同步跟蹤以及主從電源時序控制。上電時的上升速率由SS1和SS2引腳上的電容控制。本例中，3V數(shù)字電源是主電源。針對2.5V模擬電源，超低噪聲低壓差調(diào)節(jié)器（LDO）ADP150是絕佳選擇，它可以利用ADP1850的PGOOD2信號進(jìn)行時序控制。圖2為該系統(tǒng)的簡化框圖，顯示了時序控制的一般流程，詳情參見ADP1850數(shù)據(jù)手冊。圖2.Virtex-5的電源系統(tǒng)上例說明了時序控制和跟蹤的常見使用方式，可以將其擴(kuò)展到當(dāng)今的許多多電源系統(tǒng)，包括基于微處理器的系統(tǒng)和涉及混合信號技術(shù)（ADC和DAC）的系統(tǒng)。模擬電壓和電流監(jiān)控（ADM1191）針對要求精密監(jiān)控多個系統(tǒng)電源電流和電壓的高可靠性應(yīng)用，可以使用簡單易行的模擬監(jiān)控電路。例如，數(shù)字電源監(jiān)控器，ADM1191提供1%的測量精度，包括一個用于電流和電壓回讀的12位ADC、一個精密電流檢測放大器以及一路用于提供過流中斷的ALERTB輸出。圖3顯示了ADM1191結(jié)合一個主控制器（如微處理器或微控制器等）的應(yīng)用。圖3.簡單的電源電壓和電流監(jiān)控器ADM1191通過I2C總線與主控制器通信。通過配置A0和A1引腳的邏輯輸入電平，同一系統(tǒng)最多可以支持16個器件的尋址。本地控制器可以將測得的電壓與電流相乘，從而計算電源軌的功耗。發(fā)生過流狀況時，ALERTB信號通過一個中斷快速通知控制器，這個關(guān)于故障狀況的快速報警可以幫助保護(hù)系統(tǒng)免遭損壞。時序控制和監(jiān)控的結(jié)合大型固定系統(tǒng)，甚至某些高性能插卡，具有許多需要控制和監(jiān)控的電源軌。圖4涉及到一個具有8個電源軌的復(fù)雜電源系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)的核心是ADM1066它是一款靈活的高集成度超級電源時序控制器SuperSequencer?可提供完整的電源控制功能，特性包括時序控制、監(jiān)控、余量微調(diào)和編程能力。ADM106x系列中的其它器件還具有溫度監(jiān)控和看門狗功能。圖4.8軌電源系統(tǒng)的控制8軌系統(tǒng)具有三個主電源軌：12V、5V和3V。其它電源軌則是利用開關(guān)調(diào)節(jié)器和LDO從這些主電源軌產(chǎn)生。每個調(diào)節(jié)器具有一路使能輸入，它由ADM1066的10路可編程驅(qū)動器（PD）輸出之一驅(qū)動，因此用戶可以按照一定的受控順序使所有電源軌上電。ADM1066具有一個片上電荷泵，可以提升6路PD輸出電壓以提供外部N-MOSFET的高驅(qū)動電壓；當(dāng)需要控制更高電壓的電源時，外部N-MOSFET用作電源軌開關(guān)。ADM1066具有片上EEPROM，用以存儲電源系統(tǒng)控制參數(shù)。ADI公司的實(shí)用程序?yàn)槠骷渲锰峁┝吮憷蟠蠛喕松想姾瓦\(yùn)行任務(wù)，消除了費(fèi)時的代碼開發(fā)工作。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展，以及有新器件加入設(shè)計時，可以輕松調(diào)整電源序列。時序參數(shù)和電壓跳變點(diǎn)很容易重新編程。這個功能非常有用，可以節(jié)省開發(fā)時間，降低電路板開發(fā)可能延誤的風(fēng)險數(shù)字輸出信號——PWRGD（電源良好）、VALID和SYSRST（系統(tǒng)恢復(fù)）——由ADM1066在輪詢時產(chǎn)生，或者通過中斷/數(shù)字輸入提供，以便將電源系統(tǒng)的狀態(tài)告知系統(tǒng)微控制器，從而在發(fā)生故障時能夠采取措施。這種快速通知可以防止電容短路和其它危險狀況引發(fā)災(zāi)難性損害。PWR_ON和/RESET是從系統(tǒng)控制器到ADM1066的數(shù)字輸入，用以形成完整的系統(tǒng)控制環(huán)路。利用ADM1066進(jìn)行電源余量微調(diào)-電源工程師設(shè)計札記（一）：輕松完成電源設(shè)計2012年06月11日13:45

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作者：電子大兵

我要評論(2)標(biāo)簽：電子發(fā)燒友網(wǎng)(153)電源設(shè)計(170)電源工程師(10)利用ADM1066進(jìn)行電源余量微調(diào)在系統(tǒng)開發(fā)期間，當(dāng)設(shè)計工程師需要調(diào)整電源電壓以優(yōu)化其電平或使其偏離標(biāo)稱值時，可以使用ADM1066的片內(nèi)DAC來執(zhí)行電源余量微調(diào)。利用這種余量微調(diào)特性，可以在電源限制范圍內(nèi)對系統(tǒng)進(jìn)行全面特性測試，而不需要使用外部儀器。該功能通常是在在線測試（ICT）期間執(zhí)行，例如：當(dāng)制造商希望保證受測產(chǎn)品能夠在標(biāo)稱電源電壓±5%的范圍內(nèi)正常工作時。基于圖4所示的電路，用戶可以在許多電源軌上實(shí)現(xiàn)余量微調(diào)。開環(huán)電源余量微調(diào)對DC/DC轉(zhuǎn)換器或LDO等電源進(jìn)行余量微調(diào)的最簡單方法，是將額外電阻切換到電源模塊的反饋節(jié)點(diǎn)中，以改變反饋或調(diào)整節(jié)點(diǎn)的電壓，從而利用DAC迫使輸出電壓上調(diào)或下調(diào)所需的幅度。采用這種衰減器（圖5）時，可以通過SMBus更新相關(guān)DAC輸出的值，從而遠(yuǎn)程命令A(yù)DM11066執(zhí)行電源余量微調(diào)。該過程可以利用獨(dú)立于系統(tǒng)控制環(huán)路的開環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。圖5.開環(huán)余量微調(diào)ADM1066最多可以為6個電源執(zhí)行開環(huán)余量微調(diào)，它利用6個片上電壓輸出DAC（DAC1至DAC6）驅(qū)動要微調(diào)的電源模塊的反饋引腳。實(shí)現(xiàn)這一功能的最簡單電路是利用一個衰減電阻（R3），將DACx引腳連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器的反饋節(jié)點(diǎn)。當(dāng)DACx輸出電壓設(shè)定為與反饋電壓相等時，無電流流入衰減電阻，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓不發(fā)生變化。當(dāng)DACx輸出電壓高于反饋電壓時，電流流入反饋節(jié)點(diǎn)，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出必須下降以進(jìn)行補(bǔ)償。要提升DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出，DACx輸出電壓設(shè)定值須低于反饋節(jié)點(diǎn)電壓。為降低噪聲，如圖中所示，可以將該串聯(lián)電阻分成兩個電阻，其間的節(jié)點(diǎn)可以通過一個電容去耦到DC/DC轉(zhuǎn)換器的地閉環(huán)電源余量微調(diào)一種更精確、更全面的余量微調(diào)方法是在閉環(huán)系統(tǒng)中使用類似的電路。圖4所示為針對1.2V輸出的一個例子。要微調(diào)的電源軌電壓可以通過VX2回讀，確保將其精確調(diào)整到目標(biāo)電壓。ADM1066集成了執(zhí)行微調(diào)所需的全部電路，12位逐次逼近型ADC用于讀取受監(jiān)控電壓的電平，6個電壓輸出DAC用于按照上述方法調(diào)整電源電平。這些電路可以配合微控制器等其它智能器件使用，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)余量微調(diào)系統(tǒng)，它可以將DC/DC轉(zhuǎn)換器或LDO電源設(shè)定到任何電壓，精度為目標(biāo)值的±0.5%。為了在要測試的電源軌上實(shí)現(xiàn)閉環(huán)余量微調(diào)，請執(zhí)行下列步驟：禁用6路DACx輸出。DACx輸出電壓設(shè)定為反饋節(jié)點(diǎn)電壓使能DAC讀取連接到VPx、VH或VXx引腳之一的DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出的電壓。需要時，提高或降低DACx輸出電壓以調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓。否則就停止，目標(biāo)電壓已經(jīng)達(dá)到。將DAC輸出電壓設(shè)定為某一值，使電源輸出改變所需的幅度（例如±5%）。重復(fù)該過程，直至達(dá)到該電源軌所需的電壓步驟1至3確保各DACx輸出緩沖器開啟時，它對DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出的直接影響非常小。DAC輸出緩沖器的作用是消除上電時的瞬變“毛刺”，因?yàn)榫彌_器首先上電并跟隨引腳電壓，此時它不驅(qū)動該引腳。一旦輸出緩沖器正確使能，緩沖器輸入即切換到DAC，緩沖器的輸出級開啟，從而消除輸出毛刺。開關(guān)調(diào)節(jié)器的同步在具有多個電源軌并使用一個以上開關(guān)調(diào)節(jié)器或控制器的系統(tǒng)中，由于內(nèi)部開關(guān)頻率的差異，這些器件之間可能會相互作用。這會引起拍頻諧波，大幅提高電源噪聲，嚴(yán)重影響EMI測試。幸運(yùn)的是，許多開關(guān)控制器和調(diào)節(jié)器在設(shè)計上都支持內(nèi)部時鐘同步。LDO不存在這個問題，但其電流輸出有限，并且在大多數(shù)情況效率較差，因此有時可能不合需要。雙通道開關(guān)調(diào)節(jié)器ADP2116就是可同步器件的一個很好的例子。通過SCFG引腳，可將其SYNC/CLKOUT引腳配置為輸入SYNC引腳或輸出CLKOUT引腳。作為輸入SYNC引腳，它可讓ADP2116與外部時鐘同步，兩個通道以外部時鐘頻率的一半、彼此180°錯相工作。作為輸出CLKOUT引腳，它可提供輸出時鐘，其頻率是通道開關(guān)頻率的兩倍且90°錯相。因此，一個配置為CLKOUT的ADP2116可以充當(dāng)主轉(zhuǎn)換器，為所有其它DC/DC轉(zhuǎn)換器（包括其它ADP2116器件）提供外部時鐘（圖6）。配置為從器件時，它接收主器件的外部時鐘并與之同步。通過同步系統(tǒng)內(nèi)的所有DC/DC轉(zhuǎn)換器，這種方法可防止產(chǎn)生能導(dǎo)致EMI問題的拍頻諧波。圖6.利用外部時鐘同步多個ADP2116結(jié)束語本文討論多電源系統(tǒng)的處理方法。時序控制器、監(jiān)控器、調(diào)節(jié)器和控制器具有非常高的功能集成度，便于設(shè)計工程師處理潛在的電源問題，而無需采用全部是分立IC的電路板。這些器件對設(shè)計工程師非常有用，可以提高設(shè)計成功的概率，降低重新設(shè)計的可能性和電路板開發(fā)延誤的風(fēng)險。4、在系統(tǒng)中成功運(yùn)用DC-DC降壓調(diào)節(jié)器智能手機(jī)、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備和其它低功耗便攜式設(shè)備常常包含多個采用不同半導(dǎo)體工藝制造的集成電路。這些設(shè)備通常需要多個獨(dú)立的電源電壓，各電源電壓一般不同于電池或外部AC/DC電源提供的電壓。圖1顯示了一個采用鋰離子電池供電的典型低功耗系統(tǒng)。電池的可用輸出范圍是3V到4.2V，而IC需要0.8V、1.8V、2.5V和2.8V電壓。為將電池電壓降至較低的直流電壓，一種簡單的方法是運(yùn)用低壓差調(diào)節(jié)器（LDO）。不過，當(dāng)VIN遠(yuǎn)高于VOUT時，未輸送到負(fù)載的功率會以熱量形式損失，導(dǎo)致LDO效率低下。一種常見的替代方案是采用開關(guān)轉(zhuǎn)換器，它將能量交替存儲在電感的磁場中，然后以不同的電壓釋放給負(fù)載。這種方案的損耗較低，是一種更好的選擇，可實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行。本文介紹降壓型轉(zhuǎn)換器，它提供較低的輸出電壓。升壓型轉(zhuǎn)換器將另文介紹，它提供較高的輸出電壓。內(nèi)置FET作為開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換器稱為開關(guān)調(diào)節(jié)器，需要外部FET的開關(guān)轉(zhuǎn)換器則稱為開關(guān)控制器。多數(shù)低功耗系統(tǒng)同時運(yùn)用LDO和開關(guān)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)成本和性能目標(biāo)。圖1.典型低功耗便攜式系統(tǒng)降壓調(diào)節(jié)器包括2個開關(guān)、2個電容和1個電感，如圖2所示。非交疊開關(guān)驅(qū)動機(jī)制確保任一時間只有一個開關(guān)導(dǎo)通，避免發(fā)生不良的電流“直通”現(xiàn)象。在第1階段，開關(guān)B斷開，開關(guān)A閉合。電感連接到VIN，因此電流從VIN流到負(fù)載。由于電感兩端為正電壓，因此電流增大。在第2階段，開關(guān)A斷開，開關(guān)B閉合。電感連接到地，因此電流從地流到負(fù)載。由于電感兩端為負(fù)電壓，因此電流減小，電感中存儲的能量釋放到負(fù)載中。圖2.降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作波形注意，開關(guān)調(diào)節(jié)器既可以連續(xù)工作，也可以斷續(xù)工作。連續(xù)導(dǎo)通以連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）工作時，電感電流不會降至0；以斷續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）工作時，電感電流可以降至0。低功耗降壓轉(zhuǎn)換器很少在斷續(xù)導(dǎo)通模式下工作。設(shè)計的，電流紋波（如圖2中的ΔI所示）通常為標(biāo)稱負(fù)載電流的20%到50%。在圖3中，開關(guān)A和開關(guān)B分別利用PFET和NFET開關(guān)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成一個同步降壓調(diào)節(jié)器?！巴健币辉~表示將一個FET用作低端開關(guān)。用肖特基二極管代替低端開關(guān)的降壓調(diào)節(jié)器稱為“異步”（或非同步）型。處理低功率時，同步降壓調(diào)節(jié)器更有效，因?yàn)镕ET的壓降低于肖特基二極管。然而，當(dāng)電感電流達(dá)到0時，如果底部FET未釋放，同步轉(zhuǎn)換器的輕載效率會降低，而且額外的控制電路會提高IC的復(fù)雜性和成本。圖3.降壓調(diào)節(jié)器集成振蕩器、PWM控制環(huán)路和開關(guān)FET目前的低功耗同步降壓調(diào)節(jié)器以脈寬調(diào)制（PWM）為主要工作模式。PWM保持頻率不變，通過改變脈沖寬度（tON）來調(diào)整輸出電壓。輸送的平均功率與占空比D成正比，因此這是一種向負(fù)載提高功率的有效方式。FET開關(guān)由脈寬控制器控制，后者響應(yīng)負(fù)載變化，利用控制環(huán)路中的電壓或電流反饋來調(diào)節(jié)輸出電壓。低功耗降壓轉(zhuǎn)換器的工作頻率范圍一般是1MHz到6MHz。開關(guān)頻率較高時，所用的電感可以更小，但開關(guān)頻率每增加一倍，效率就會降低大約2%。在輕載下，PWM工作模式并不總是能夠提高系統(tǒng)效率。以圖形卡電源電路為例，視頻內(nèi)容改變時，驅(qū)動圖形處理器的降壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流也會改變。連續(xù)PWM工作模式可以處理寬范圍的負(fù)載電流，但在輕載下，調(diào)節(jié)器所需的功率會占去輸送給負(fù)載的總功率的較大比例，導(dǎo)致系統(tǒng)效率迅速降低。針對便攜應(yīng)用，降壓調(diào)節(jié)器集成了其它省電技術(shù)，如脈沖頻率調(diào)制（PFM）、脈沖跳躍或這兩者的結(jié)合等。ADI公司將高效率輕載工作模式定義為“省電模式”（PSM）。進(jìn)入省電模式時，PWM調(diào)節(jié)電平會產(chǎn)生偏移，導(dǎo)致輸出電壓上升，直至它達(dá)到比PWM調(diào)節(jié)電平高約1.5%的電平，此時PWM工作模式關(guān)閉，兩個功率開關(guān)均斷開，器件進(jìn)入空閑模式。COUT可以放電，直到VOUT降至PWM調(diào)節(jié)電壓。然后，器件驅(qū)動電感，導(dǎo)致VOUT再次上升到閾值上限。只要負(fù)載電流低于省電模式電流閾值，此過程就會重復(fù)進(jìn)行。ADP2138是一款緊湊型800mA、3MHz、降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。圖4所示為典型應(yīng)用電路。圖5顯示了強(qiáng)制PWM工作模式下和自動PWM/PSM工作模式下的效率改善情況。由于頻率存在變化，PSM干擾可能難以濾除，因此許多降壓調(diào)節(jié)器提供一個MODE引腳（如圖4所示），用戶可以通過該引腳強(qiáng)制器件以連續(xù)PWM模式工作，或者允許器件以自動PWM/PSM模式工作。MODE引腳既可以通過硬連線來設(shè)置任一工作模式，也可以根據(jù)需要而動態(tài)切換，以達(dá)到省電目的。圖4.ADP2138/ADP2139典型應(yīng)用電路

圖5.ADP2138的效率：（a）連續(xù)PWM模式；（b）PSM模式降壓調(diào)節(jié)器提高效率-電源工程師設(shè)計札記（一）：輕松完成電源設(shè)計2012年06月11日13:45

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作者：電子大兵

我要評論(2)標(biāo)簽：電子發(fā)燒友網(wǎng)(153)電源設(shè)計(170)電源工程師(10)降壓調(diào)節(jié)器提高效率電池的續(xù)航時間是新型便攜式設(shè)備設(shè)計高度關(guān)注的一個特性。提高系統(tǒng)效率可以延長電池工作時間，降低更換或充電的頻度。例如，一個鋰離子充電電池可以使用ADP125LDO以0.8V電壓驅(qū)動一個500mA負(fù)載，如圖6所示。該LDO的效率只有19%（VOUT/VIN×100%=0.8/4.2×100%）。LDO無法存儲未使用的能量，因此剩余的81%的功率（1.7W）只能以熱量形式在LDO內(nèi)部耗散掉，這可能會導(dǎo)致手持式設(shè)備的溫度迅速上升。如果使用ADP2138開關(guān)調(diào)節(jié)器，在4.2V輸入和0.8V輸出下，工作效率將是82%，比前一方案的效率高出4倍多，便攜式設(shè)備的溫度升幅將大大減小。這些系統(tǒng)效率的大幅改善使得開關(guān)調(diào)節(jié)器大量運(yùn)用于便攜式設(shè)備。降壓轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵規(guī)格和定義輸入電壓范圍：降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍決定了最低的可用輸入電源電壓。規(guī)格可能提供很寬的輸入電壓范圍，但VIN必須高于VOUT才能實(shí)現(xiàn)高效率工作。例如，要獲得穩(wěn)定的3.3V輸出電壓，輸入電壓必須高于3.8V。地電流或靜態(tài)電流：IQ是未輸送給負(fù)載的直流偏置電流。器件的IQ越低，則效率越高。然而，IQ可以針對許多條件進(jìn)行規(guī)定，包括關(guān)斷、零負(fù)載、PFM工作模式或PWM工作模式。因此，為了確定某個應(yīng)用的最佳降壓調(diào)節(jié)器，最好查看特定工作電壓和負(fù)載電流下的實(shí)際工作效率數(shù)據(jù)。關(guān)斷電流：這是使能引腳禁用時器件消耗的輸入電流，對低功耗降壓調(diào)節(jié)器來說通常遠(yuǎn)低于1μA。這一指標(biāo)對于便攜式設(shè)備處于睡眠模式時電池能否具有長待機(jī)時間很重要。輸出電壓精度：ADI公司的降壓轉(zhuǎn)換器具有很高的輸出電壓精度，固定輸出器件在工廠制造時就被精確調(diào)整到±2%之內(nèi)（25°C）。輸出電壓精度在工作溫度、輸入電壓和負(fù)載電流范圍條件下加以規(guī)定，最差情況下的不精確性規(guī)定為±x%。線路調(diào)整率：線路調(diào)整率是指額定負(fù)載下輸出電壓隨輸入電壓變化而發(fā)生的變化率。負(fù)載調(diào)整率：負(fù)載調(diào)整率是指輸出電壓隨輸出電流變化而發(fā)生的變化率。對于緩慢變化的負(fù)載電流，大多數(shù)降壓調(diào)節(jié)器都能保持輸出電壓基本上恒定不變。負(fù)載瞬變：如果負(fù)載電流從較低水平快速變化到較高水平，導(dǎo)致工作模式在PFM與PWM之間切換，或者從PWM切換到PFM，就可能產(chǎn)生瞬態(tài)誤差。并非所有數(shù)據(jù)手冊都會規(guī)定負(fù)載瞬變，但大多數(shù)數(shù)據(jù)手冊都會提供不同工作條件下的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)曲線。限流：ADP2138等降壓調(diào)節(jié)器內(nèi)置保護(hù)電路，限制流經(jīng)PFET開關(guān)和同步整流器的正向電流。正電流控制限制可從輸入端流向輸出端的電流量。負(fù)電流限值防止電感電流反向并流出負(fù)載。軟啟動：內(nèi)部軟啟動功能對于降壓調(diào)節(jié)器非常重要，它在啟動時控制輸出電壓緩升，從而限制浪涌電流。這樣，當(dāng)電池或高阻抗電源連接到轉(zhuǎn)換器輸入端時，可以防止輸入電壓下降。器件使能后，內(nèi)部電路開始上電周期。啟動時間是指使能信號的上升沿至VOUT達(dá)到其標(biāo)稱值的90%的時間。這個測試通常是在施加VIN、使能引腳從斷開切換到接通的條件下進(jìn)行。在使能引腳連接到VIN的情況下，當(dāng)VIN從關(guān)斷切換到開啟時，啟動時間可能會大幅增加，因?yàn)榭刂骗h(huán)路需要一定的穩(wěn)定時間。在調(diào)節(jié)器需要頻繁啟動和關(guān)閉以節(jié)省功耗的便攜式系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的啟動時間是一個重要的考慮因素。熱關(guān)斷（TSD）：當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度超過規(guī)定的限值時，熱關(guān)斷電路就會關(guān)閉調(diào)節(jié)器。極端的結(jié)溫可能由工作電流高、電路板冷卻不佳或環(huán)境溫度高等原因引起。保護(hù)電路包括一定的遲滯，防止器件在芯片溫度降至預(yù)設(shè)限值以下之前返回正常工作狀態(tài)。100%占空比工作：隨著VIN下降或ILOAD上升，降壓調(diào)節(jié)器會達(dá)到一個限值：即使PFET開關(guān)以100%占空比導(dǎo)通，VOUT仍低于預(yù)期的輸出電壓。此時，ADP2138平滑過渡到可使PFET開關(guān)保持100%占空比導(dǎo)通的模式。當(dāng)輸入條件改變時，器件立即重新啟動PWM調(diào)節(jié)，VOUT不會過沖。放電開關(guān)：在某些系統(tǒng)中，如果負(fù)載非常小，降壓調(diào)節(jié)器的輸出可能會在系統(tǒng)進(jìn)入睡眠模式后的一定時間內(nèi)仍然保持較高水平。然而，如果系統(tǒng)在輸出電壓放電之前啟動上電序列，系統(tǒng)可能會發(fā)生閂鎖，或者導(dǎo)致器件受損。當(dāng)使能引腳變?yōu)榈碗娖交蚱骷M(jìn)入欠壓閉鎖/熱關(guān)斷狀態(tài)時，ADP2139降壓調(diào)節(jié)器通過集成的開關(guān)電阻（典型值100Ω）給輸出放電。欠壓閉鎖：欠壓閉鎖（UVLO）可以確保只有在系統(tǒng)輸入電壓高于規(guī)定閾值時才向負(fù)載輸出電壓。UVLO很重要，因?yàn)樗辉谳斎腚妷哼_(dá)到或超過器件穩(wěn)定工作要求的電壓時才讓器件上電。結(jié)束語低功耗降壓調(diào)節(jié)器使開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計不再神秘。ADI公司提供一系列高集成度、堅(jiān)固耐用、易于使用、高性價比的降壓調(diào)節(jié)器，只需極少的外部元件就能實(shí)現(xiàn)高工作效率。5、同步降壓調(diào)節(jié)器ADP2118的簡單應(yīng)用伴隨著許多低功耗器件的應(yīng)用，越來越多的降壓調(diào)節(jié)器芯片很受電子工程師們的親睞，在這里我向大家推薦一款我用過的同步降壓調(diào)節(jié)器芯片ADP2118，具有低靜態(tài)電流、同步、降壓DC-DC調(diào)節(jié)器，特別是其4mm×4mm的LFCP封裝，對于現(xiàn)在的產(chǎn)品要求小型化，更是特別的適合。ADP2118采用2.3V至5.5V輸入電壓工作，輸出電壓可以在0.6V至輸入電壓Vin的范圍內(nèi)靈活調(diào)整。另外，ADP2118提供許多固定輸出的，比如3.3V，2.5V等常用的低電壓，只需在輸入和輸出端增加濾波電路就行，應(yīng)用很簡單的。下面我還是從5V轉(zhuǎn)換為3.3V的典型電路上分析一下ADP2118的應(yīng)用：從以上連接我們可以看出，ADP2118的外圍電路非常簡單，輸入電壓為5V，輸出電壓3.3V通過分壓電阻R10和R11得到。作為同步降壓型調(diào)節(jié)器，ADP2118的引腳：Pin1為同步輸入引腳，當(dāng)此引腳與VIN相連時，PFM模式禁用，ADP2118僅工作在電流連續(xù)導(dǎo)通模式，此引腳與地連接時，PFM模式使能；Pin2為頻率選擇，當(dāng)連接至GND選擇600Hz，連接至VIN時選擇1.2MHz；Pin3為跟蹤輸入，要跟蹤主電壓，從主電壓的分壓器引出電壓來驅(qū)動TRK，如果不跟蹤，就直接連接至VIN；作為常用的電路，我們選擇ADP2118工作在電流連續(xù)導(dǎo)通模式，工作頻率為1.2MHz，不采用跟蹤模式，故直接連接將Pin1、Pin2和Pin3至VIN引腳；ADP2118的其余引腳，根據(jù)定義去連接，記得連接上輸出電感和濾波電容哦。由于ADP2118根據(jù)負(fù)載的大小決定工作模式，當(dāng)輕載時切換到PFM模式，中載至滿載時切換到電流連續(xù)導(dǎo)通模式。經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)PFM模式下ADP2118輸出電壓的紋波遠(yuǎn)大于PWM模式下輸出電壓，故推薦使用PWM模式，即典型電路連接方式。最后，也是ADP2118的特色，集成有軟啟動，用于限制輸出電壓上升時間并減少啟動時的浪涌電流，軟啟動的固定時間周期為2048個時鐘周期。以上是我在應(yīng)用ADP2118時的某些發(fā)現(xiàn)，希望能給大家的電源芯片選擇方面帶來某些幫助，將感到無比欣慰。謝謝！6、用20位DAC實(shí)現(xiàn)1ppm精度——精密電壓源高分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的常見用途之一是提供可控精密電壓。分辨率高達(dá)20位、精度達(dá)1ppm且具有合理速率的DAC的應(yīng)用范圍包括醫(yī)療MRI系統(tǒng)中的梯度線圈控制、測試和計量中的精密直流源、質(zhì)譜測定和氣譜分析中的精密定點(diǎn)和位置控制以及科學(xué)應(yīng)用中的光束檢測。隨著時間的推移，半導(dǎo)體處理和片內(nèi)校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于精密集成電路DAC的定義也不斷變化。高精度12位DAC一度被認(rèn)為遙不可及；近年來，16位精度已日益在精密醫(yī)學(xué)、儀器儀表、測試和計量應(yīng)用中得到廣泛運(yùn)用；在未來，控制系統(tǒng)和儀器儀表系統(tǒng)甚至需要更高的分辨率和精度。高精密應(yīng)用目前要求18/20位、1ppm精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以前只有笨重、昂貴、慢速的Kelvin-Varley分壓器才能達(dá)到這一性能水平——屬于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的專利，幾乎不適用于現(xiàn)實(shí)儀器儀表系統(tǒng)。針對這類要求且采用ICDAC組件，更便利的半導(dǎo)體1ppm精度解決方案已推出數(shù)年，但此類復(fù)雜系統(tǒng)需要使用多種器件，需要不斷進(jìn)行校準(zhǔn)，還需十分謹(jǐn)慎才可取得理想精度，而且體積大、成本高（見附錄）。長久以來，精密儀器儀表市場都需要一種更簡單，具有成本優(yōu)勢，無需校準(zhǔn)或持續(xù)監(jiān)控，簡單易用，而且提供保證性能規(guī)格的DAC。目前，從16位和18位單芯片轉(zhuǎn)換器（如DAC）自然升級已成為可能。AD57911ppmDAC半導(dǎo)體處理技術(shù)、DAC架構(gòu)設(shè)計和快速片內(nèi)校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展使穩(wěn)定、建立時間短的高線性度數(shù)模轉(zhuǎn)換器成為可能。這種轉(zhuǎn)換器可提供高優(yōu)于1ppm的相對精度、0.05ppm/°C溫度漂移、0.1ppmp-p噪聲、優(yōu)于1ppm的長期穩(wěn)定性和1MHz吞吐量。這類小型單芯片器件保證性能規(guī)格，無需校準(zhǔn)且簡單易用。AD5791及其配套基準(zhǔn)電壓源和輸出緩沖的典型功能框圖如圖1所示。圖1.AD5791典型工作框圖。AD5791是一款單芯片、20位、電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有額定的1LSB（最低有效位）積分非線性度（INL）和微分非線性度（DNL），是業(yè)界首款單芯片1ppm精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（1LSB@20位為220分之一=1，048，576分之一=1ppm）。該器件設(shè)計用于高精密儀器儀表以及測試和計量系統(tǒng)，與其他解決方案相比，其整體性能有較大提升，具有更高的精度、體積更小、成本更低，使以前不具經(jīng)濟(jì)可行性的儀器儀表應(yīng)用成為可能。其設(shè)計（如圖2所示）采用精密電壓模式R-2R架構(gòu)，利用了最新的薄膜電阻匹配技術(shù)，并通過片內(nèi)校準(zhǔn)例程來實(shí)現(xiàn)1ppm精度。由于AD5791采用工廠校準(zhǔn)模式，因而運(yùn)行時無需校準(zhǔn)程序，其延遲不超過100ns，可用于波形生成應(yīng)用及快速控制環(huán)路。圖2.DAC梯形結(jié)構(gòu)。AD5791不但提供出色的線性度，而且可具有9nV/√Hz噪聲密度、0.1Hz至10Hz頻帶內(nèi)0.6μV峰峰值噪聲、0.05ppm/°C溫度漂移，且其1000小時長期穩(wěn)定性優(yōu)于0.1ppm。作為一種高電壓器件，采用雙電源供電，最高±16.5V。輸出電壓范圍由正負(fù)基準(zhǔn)電壓VREFP和VREFN決定，提供了靈活的輸出范圍選擇。AD5791所用精密架構(gòu)要求使用高性能外置放大器來緩沖來自3.4k?DAC電阻的基準(zhǔn)源，為基準(zhǔn)輸入引腳的加載感應(yīng)提供方便，以確保AD5791的1ppm線性度。AD5791需要一個輸出緩沖來驅(qū)動負(fù)載，以減輕3.4k?輸出阻抗的負(fù)擔(dān)——除非驅(qū)動的是一個極高阻抗、低電容負(fù)載——或者衰減處于容限之內(nèi)并可預(yù)測。由于放大器為外置型，可根據(jù)噪聲、溫度漂移和速度的優(yōu)化需要進(jìn)行選擇——并可調(diào)整比例因子——具體視應(yīng)用需要而定。對于基準(zhǔn)緩沖，建議采用AD8676雙通道放大器，其具有低噪聲、低失調(diào)誤差、低失調(diào)誤差漂移和低輸入偏置電流的特點(diǎn)?；鶞?zhǔn)緩沖的輸入偏置電流特性非常重要，因?yàn)檫^大的偏置電流會降低直流線性度。積分非線性度的降低（單位：ppm）為輸入偏置電流的函數(shù)，一般表示為：其中，IBIAS單位為nA；VREFP和VREFN的單位均為伏特。例如，對于±10V的基準(zhǔn)輸入范圍，100nA的輸入偏置電流將使INL提高0.05ppm。輸出緩沖的主要要求與基準(zhǔn)緩沖相似——唯一例外是偏置電流，因?yàn)樗挥绊慉D5791的線性度。但失調(diào)電壓和輸入偏置電流可能會影響到輸出失調(diào)電壓。為了維持直流精度，建議將AD8675用作輸出緩沖。高吞吐量應(yīng)用要求使用較高壓擺率的快速輸出緩沖放大器。表1列出了少數(shù)適用精密放大器的關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格。精密放大器的關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格-電源工程師設(shè)計札記（一）：輕松完成電源設(shè)計2012年06月11日13:45

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我要評論(2)標(biāo)簽：電子發(fā)燒友網(wǎng)(153)電源設(shè)計(170)電源工程師(10)表1.精密放大器的關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格AD5791具有設(shè)計時間更短、設(shè)計風(fēng)險更小、成本更低、電路板尺寸更小、可靠性更高和保證性能規(guī)格的特點(diǎn)。圖3是一種電路示意圖，其中以AD5791（U1）作為精密數(shù)控1ppm電壓源，電壓范圍為±10V，增量為20μV；以AD8676（U2）作為基準(zhǔn)緩沖；以AD8675（U3）作為輸出緩沖。絕對精度取決于外置10V基準(zhǔn)電壓源的選擇。圖3.采用AD5791數(shù)模轉(zhuǎn)換器的1ppm精度系統(tǒng)。性能測量該電路的重要指標(biāo)是積分非線性度、微分非線性度和0.1Hz至10Hz峰峰值噪聲。圖4顯示，典型INL處于±0.6LSB之內(nèi)。圖4.積分非線性度坐標(biāo)圖。圖5所示典型DNL為±0.5LSB；在整個位躍遷范圍內(nèi)，輸出均可保證單調(diào)性。圖5.微分非線性度坐標(biāo)圖。0.1Hz至10Hz帶寬內(nèi)的峰峰值噪聲約為700nV，如圖6所示。圖6.低頻噪聲。AD5791僅僅是個開始：1ppm電路的復(fù)雜性盡管AD5791一類的精密次1ppm元件已上市，但構(gòu)建1ppm系統(tǒng)并非易事，不能草率對待。必須全面考慮在這個精度級別出現(xiàn)的誤差源。1ppm精度電路中的主要誤差源為噪聲、溫度漂移、熱電電壓和物理應(yīng)力。應(yīng)遵循精密電路的構(gòu)建技術(shù)，以盡量降低此類誤差在整個電路中的耦合和傳播效應(yīng)，避免產(chǎn)生外部干擾。下面將簡要總結(jié)這些考慮因素。更多詳情請參閱參考文獻(xiàn)。噪聲工作于1ppm分辨率和精度時，必須將噪聲降至最低水平。AD5791的噪聲頻譜密度為9nV/√Hz，主要源于3.4k?DAC電阻的約翰遜噪聲。為了盡量避免增加系統(tǒng)噪聲，必須將所有外設(shè)的噪聲貢獻(xiàn)降至最低。電阻值應(yīng)低于DAC電阻，以確保其約翰遜噪聲貢獻(xiàn)不會大幅提高方和根總體噪聲水平。AD8676基準(zhǔn)緩沖和AD8675輸出緩沖額定噪聲密度為2.8nV/√Hz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于DAC的噪聲貢獻(xiàn)。通過簡單的R-C濾波器，即可相對簡單地消除高頻噪聲，但0.1Hz至10Hz范圍內(nèi)的1/f噪聲卻很難在不影響直流精度的情況下濾除。降低1/f噪聲最有效的方法是避免其進(jìn)入電路之中。AD5791在0.1Hz至10Hz帶寬下產(chǎn)生約0.6μV峰峰值噪聲，遠(yuǎn)低于1LSB（輸出范圍為±10V時，1LSB=19μV）。在整個電路中，1/f最大噪聲的目標(biāo)值應(yīng)為0.1LSB或2μV左右，通過選擇合適的元件即可達(dá)到此目標(biāo)。電路中的放大器產(chǎn)生0.1μV峰峰值1/f噪聲；信號鏈中的三個放大器在電路輸出端共產(chǎn)生約0.2μV峰峰值噪聲。加上來自AD5791的0.6μV峰峰值噪聲，預(yù)計總1/f噪聲約為0.8μV峰峰值，該值與圖5所示測量值緊密相關(guān)。這為可能增加的其他電路（如放大器、電阻和基準(zhǔn)電壓源）等留出了充足的余量。溫度漂移和熱電電壓-電源工程師設(shè)計札記（一）：輕松完成電源設(shè)計2012年06月11日13:45

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我要評論(2)標(biāo)簽：電子發(fā)燒友網(wǎng)(153)電源設(shè)計(170)電源工程師(10)溫度漂移與所有精密電路一樣，所有元件的溫度漂移是主要誤差源之一。減少漂移的關(guān)鍵是選擇次1ppm溫度系數(shù)的重要元件。AD5791具有極低的溫度系數(shù)，為0.05ppm/°C。AD8676基準(zhǔn)緩沖的漂移系數(shù)為0.6μV/