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如何通過動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整(DVS)來實(shí)現(xiàn)精密電壓調(diào)節(jié)

2023/12/05
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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(cè)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(dòng)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(huì)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(duì)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(shì)

DVS具備多種優(yōu)勢(shì),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(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(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(huì)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(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(dāng)存在高負(fù)載電流時(shí),電壓會(huì)稍微降低,因?yàn)橐话泐A(yù)計(jì)負(fù)載會(huì)在某個(gè)時(shí)刻再次下降。這樣電壓過沖就不會(huì)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(jiǎn)單的DVS實(shí)現(xiàn)方案。例如,通過將微控制器信號(hào)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(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(dòng)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(duì)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(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(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。

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