【導讀】本文探討如何通過(guò)動(dòng)態(tài)電壓調整(DVS)來(lái)實(shí)現精密電壓調節。DVS是一種根據預期的負載瞬變將輸出電壓稍微調高或調低的過(guò)程。本文介紹如何使用特定IC實(shí)現可靠的電壓監控。
簡(jiǎn)介
當需要嚴格調節的電源電壓時(shí)，可以利用開(kāi)關(guān)穩壓器數據手冊中的直流電壓精度規格。該精度值通常為±1%或±0.5%。如果電壓轉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(dòng)態(tài)電壓精度。如果發(fā)生負載瞬變，即負載突然消耗高電流，則生成的電壓可能會(huì )低于或高于設定點(diǎn)電壓，然后穩定在設定點(diǎn)水平。此行為取決于控制環(huán)路的速度。對于必須嚴格調節電源電壓的應用，在此類(lèi)負載瞬變期間通常也需要提供精密電壓。圖1顯示了發(fā)生負載瞬變后時(shí)域中的典型電壓響應?？梢钥吹?，100μs后連接了一個(gè)負載，400μs后斷開(kāi)了該負載。
圖1.發(fā)生負載瞬變后電源的典型電壓響應
DVS技術(shù)的優(yōu)勢
DVS具備多種優(yōu)勢，有助于實(shí)現更高精度的精密電壓調節。利用DVS技術(shù)，可以在設定點(diǎn)附近調整輸出電壓，以補償負載瞬變并提供更嚴格的調節。
如圖1所示，負載瞬變后的電壓波動(dòng)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(xiàn)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(dòng)控制在規定的精度范圍內，使用DVS是有意義的。例如，當負載較低時(shí)，假設接下來(lái)會(huì )發(fā)生負載瞬變至高負載的情況。因此，在發(fā)生負載瞬變之前，輸出電壓會(huì )稍微提高（例如提高到5.2 V）。但電壓下降的幅度不會(huì )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。當存在高負載電流時(shí)，電壓會(huì )稍微降低，因為一般預計負載會(huì )在某個(gè)時(shí)刻再次下降。這樣電壓過(guò)沖就不會(huì )那么高了。
圖2所示的降壓開(kāi)關(guān)穩壓器電路就是一個(gè)簡(jiǎn)單的DVS實(shí)現方案。例如，通過(guò)將微控制器信號施加于VSEL引腳，指示是否應稍微提高產(chǎn)生的電壓。使用簡(jiǎn)單的DVS實(shí)現方案時(shí)，系統必須生成此指令并將其提供給開(kāi)關(guān)穩壓器。有些開(kāi)關(guān)穩壓器則實(shí)施了更復雜的DVS系統。使用這些系統時(shí)，針對DVS切換的各個(gè)負載閾值可以直接編程設置。
圖2.通過(guò)VSEL引腳實(shí)現簡(jiǎn)單DVS的降壓穩壓器
在某些情況下，需要嚴格調節電壓的應用可能需要監控IC來(lái)檢查產(chǎn)生的電壓是否確實(shí)在容差范圍內。當沒(méi)有負載瞬變時(shí)，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的電源監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。然而，這不適用于DVS系統，因為其直流電壓有兩個(gè)不同的值：DVS意味著(zhù)該值有時(shí)較高，有時(shí)較低。
特殊的監控IC（例如MAX20480電源系統監視器）也可以與DVS系統一起使用，以實(shí)現可靠的電壓監控。MAX20480具有數字I2C接口；就像圖2中的開(kāi)關(guān)穩壓器一樣，它可以通過(guò)VSEL引腳動(dòng)態(tài)切換，在使用DVS系統時(shí)可用于監控較高或較低的直流電壓。圖3顯示了圖2中DVS開(kāi)關(guān)穩壓器的框圖，其中增加了支持DVS的電壓監控IC。
圖3.使用支持DVS的電源監控器對高度關(guān)鍵型應用進(jìn)行監控
結語(yǔ)
使用一些有趣的解決方案可生成具有高直流精度和動(dòng)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電源監控器IC）可用于監控產(chǎn)生的電壓。此類(lèi)IC可提高性能，同時(shí)降低與電源轉換系統相關(guān)的成本。
關(guān)于A(yíng)DI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導體公司，致力于在現實(shí)世界與數字世界之間架起橋梁，以實(shí)現智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng )新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數字化工廠(chǎng)、汽車(chē)和數字醫療等領(lǐng)域的持續發(fā)展，應對氣候變化挑戰，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財年收入超過(guò)120億美元，全球員工2.4萬(wàn)余人。攜手全球12.5萬(wàn)家客戶(hù)，ADI助力創(chuàng )新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)www.analog.com/cn。
關(guān)于作者
Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗的電源管理專(zhuān)家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場(chǎng)應用工程師，幫助客戶(hù)在項目中實(shí)施電源管理解決方案，進(jìn)而積累了不少經(jīng)驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開(kāi)關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專(zhuān)家。Frederik在A(yíng)DI的德國慕尼黑分公司工作。
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