【導(dǎo)讀】本文探討如何通過動態(tài)電壓調(diào)整(DVS)來實(shí)現(xiàn)精密電壓調(diào)節(jié)。DVS是一種根據(jù)預(yù)期的負(fù)載瞬變將輸出電壓稍微調(diào)高或調(diào)低的過程。本文介紹如何使用特定IC實(shí)現(xiàn)可靠的電壓監(jiān)控。
簡介
當(dāng)需要嚴(yán)格調(diào)節(jié)的電源電壓時(shí)，可以利用開關(guān)穩(wěn)壓器數(shù)據(jù)手冊中的直流電壓精度規(guī)格。該精度值通常為±1%或±0.5%。如果電壓轉(zhuǎn)換器在反饋路徑中使用外部電阻分壓器，進(jìn)行電壓精度計(jì)算時(shí)必須要包含電阻的容差。此外，除了直流精度外，還必須考慮動態(tài)電壓精度。如果發(fā)生負(fù)載瞬變，即負(fù)載突然消耗高電流，則生成的電壓可能會低于或高于設(shè)定點(diǎn)電壓，然后穩(wěn)定在設(shè)定點(diǎn)水平。此行為取決于控制環(huán)路的速度。對于必須嚴(yán)格調(diào)節(jié)電源電壓的應(yīng)用，在此類負(fù)載瞬變期間通常也需要提供精密電壓。圖1顯示了發(fā)生負(fù)載瞬變后時(shí)域中的典型電壓響應(yīng)。可以看到，100μs后連接了一個(gè)負(fù)載，400μs后斷開了該負(fù)載。
圖1.發(fā)生負(fù)載瞬變后電源的典型電壓響應(yīng)
DVS技術(shù)的優(yōu)勢
DVS具備多種優(yōu)勢，有助于實(shí)現(xiàn)更高精度的精密電壓調(diào)節(jié)。利用DVS技術(shù)，可以在設(shè)定點(diǎn)附近調(diào)整輸出電壓，以補(bǔ)償負(fù)載瞬變并提供更嚴(yán)格的調(diào)節(jié)。
如圖1所示，負(fù)載瞬變后的電壓波動通常比電源電壓的直流精度限值高出許多倍。圖1中的虛線顯示了1%的精度限值。
為了將這些有時(shí)非常高的電壓波動控制在規(guī)定的精度范圍內(nèi)，使用DVS是有意義的。例如，當(dāng)負(fù)載較低時(shí)，假設(shè)接下來會發(fā)生負(fù)載瞬變至高負(fù)載的情況。因此，在發(fā)生負(fù)載瞬變之前，輸出電壓會稍微提高（例如提高到5.2 V）。但電壓下降的幅度不會因此而改變。電壓不是從5 V下降到4.75 V，而是從5.2 V下降到4.95 V。當(dāng)存在高負(fù)載電流時(shí)，電壓會稍微降低，因?yàn)橐话泐A(yù)計(jì)負(fù)載會在某個(gè)時(shí)刻再次下降。這樣電壓過沖就不會那么高了。
圖2所示的降壓開關(guān)穩(wěn)壓器電路就是一個(gè)簡單的DVS實(shí)現(xiàn)方案。例如，通過將微控制器信號施加于VSEL引腳，指示是否應(yīng)稍微提高產(chǎn)生的電壓。使用簡單的DVS實(shí)現(xiàn)方案時(shí)，系統(tǒng)必須生成此指令并將其提供給開關(guān)穩(wěn)壓器。有些開關(guān)穩(wěn)壓器則實(shí)施了更復(fù)雜的DVS系統(tǒng)。使用這些系統(tǒng)時(shí)，針對DVS切換的各個(gè)負(fù)載閾值可以直接編程設(shè)置。
圖2.通過VSEL引腳實(shí)現(xiàn)簡單DVS的降壓穩(wěn)壓器
在某些情況下，需要嚴(yán)格調(diào)節(jié)電壓的應(yīng)用可能需要監(jiān)控IC來檢查產(chǎn)生的電壓是否確實(shí)在容差范圍內(nèi)。當(dāng)沒有負(fù)載瞬變時(shí)，通過一個(gè)簡單的電源監(jiān)控器芯片就足以檢查直流電壓，該電壓通常位于一個(gè)很窄的范圍內(nèi)。然而，這不適用于DVS系統(tǒng)，因?yàn)槠渲绷麟妷河袃蓚€(gè)不同的值：DVS意味著該值有時(shí)較高，有時(shí)較低。
特殊的監(jiān)控IC（例如MAX20480電源系統(tǒng)監(jiān)視器）也可以與DVS系統(tǒng)一起使用，以實(shí)現(xiàn)可靠的電壓監(jiān)控。MAX20480具有數(shù)字I2C接口；就像圖2中的開關(guān)穩(wěn)壓器一樣，它可以通過VSEL引腳動態(tài)切換，在使用DVS系統(tǒng)時(shí)可用于監(jiān)控較高或較低的直流電壓。圖3顯示了圖2中DVS開關(guān)穩(wěn)壓器的框圖，其中增加了支持DVS的電壓監(jiān)控IC。
圖3.使用支持DVS的電源監(jiān)控器對高度關(guān)鍵型應(yīng)用進(jìn)行監(jiān)控
結(jié)語
使用一些有趣的解決方案可生成具有高直流精度和動態(tài)精度的精密電源電壓。DVS特別有用。許多支持DVS的特殊IC（包括MAX20480電源監(jiān)控器IC）可用于監(jiān)控產(chǎn)生的電壓。此類IC可提高性能，同時(shí)降低與電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相關(guān)的成本。
關(guān)于ADI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財(cái)年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請?jiān)L問www.analog.com/cn。
關(guān)于作者
Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場應(yīng)用工程師，幫助客戶在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，進(jìn)而積累了不少經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。
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