【導讀】在功率分配系統(tǒng)中,由于穩(wěn)壓器和負載之間的電纜 / 導線壓降而產(chǎn)生穩(wěn)壓問題是很常見。導線電阻、電纜長度或負載電流的任何增加都會使配電線上的壓降增大,從而擴大負載上的實際電壓與穩(wěn)壓器所獲電壓之間的差異。
改善長電纜線路上穩(wěn)壓能力的一種方法是通過在穩(wěn)壓器和負載之間采用四線式開爾文 (Kelvin) 連接,直接地在負載上測量電壓。不幸的是,這種解決方案需要額外導線布設(shè)至負載以及在靠近負載增設(shè)開爾文電阻器,因此當無法接近負載進行相應(yīng)的變更時,其就變得不可行。另一種方法則是采用大直徑的導線 (從而降低穩(wěn)壓器到負載之間的電阻) 以較大限度地減小電壓降。這種做法雖然在電氣方面十分簡單,但是從機械的角度來說卻會很復雜。增大電纜芯線的尺寸會顯著地增加空間要求和成本。
另一種用于替代增設(shè)附加配線的方案是利用 LT6110 電纜 / 導線壓降補償器,以對穩(wěn)壓器上的壓降實施補償,而無需在穩(wěn)壓器和負載之間排布額外的電纜 / 配線。本文將說明 LT6110 怎樣對多種不同的“穩(wěn)壓器至負載”壓降作出補償以改善穩(wěn)壓。
LT6110 電纜 / 導線補償器
圖 1 示出了單線式補償方框圖。如果遠端負載電路未共享穩(wěn)壓器的地,則需要兩根導線,一根導線連接至負載,另一根則是接地回線。LT6110 高壓側(cè)放大器通過測量檢測電阻器 RSENSE 兩端的電壓 VSENSE 來檢測負載電流,并輸出一個與負載電流 ILOAD 成比例的電流 IIOUT??衫?RIN 電阻設(shè)置 IIOUT 在 10μA 至 1mA 之間。電纜 / 導線壓降 VDROP 補償是通過經(jīng)由 RFA 反饋電阻器吸收 IIOUT 以增加穩(wěn)壓器的輸出來實現(xiàn),而增量則等于 VDROP。LT6110 電纜 / 導線壓降補償設(shè)計很簡單:設(shè)定 IIOUT ? RFA 的乘積等于最大電纜 / 導線壓降。
圖 1:無需額外的導線即可補償至一個遠端負載的導線壓降
LT6110 包括一個內(nèi)部 20mΩ RSENSE,適合高至 3A 的負載電流;對于大于 3A 的 ILOAD 則需要使用一個外部 RSENSE。該外部 RSENSE 可以是一個檢測電阻、一個電感器的 DC 電阻或一個 PCB 走線電阻。除了 IIOUT 吸收電流之外,LT6110 IMON 引腳還提供了一個供電電流 IMON,用以補償如 LT3080 等參考于電流的線性穩(wěn)壓器。
補償降壓型穩(wěn)壓器的電纜壓降
圖 2 示出了一個完整的電纜 / 導線壓降補償系統(tǒng),該系統(tǒng)由一個 3.3V、5A 降壓型穩(wěn)壓器和一個 LT6110 組成,其用于調(diào)節(jié)一個通過 20 英尺之 18 AWG 銅線連接的遠端負載電壓。降壓型穩(wěn)壓器的 5A 輸出需要使用一個外部 RSENSE。
圖 2:高電流遠端負載調(diào)節(jié)實例:一個具有 LT6110 電纜 / 導線壓降補償功能電路的 3.3V、5A 降壓型穩(wěn)壓器
流過 140mΩ 導線電阻和 25mΩ RSENSE 的最大 5A ILOAD 將產(chǎn)生一個 825mV 壓降。對于 0A ≤ ILOAD ≤ 5A,如要調(diào)節(jié)負載電壓 VLOAD,那么 IIOUT ? RFA 必須等于 825mV。這有兩種設(shè)計選項:選擇 IIOUT 并計算 RFA 電阻器阻值,或者針對非常低的電流來設(shè)計穩(wěn)壓器的反饋電阻并計算 RIN 電阻器阻值以設(shè)定 IIOUT。通常情況下,IIOUT 被設(shè)定為 100μA (IIOUT 誤差在 30μA 至300μA 范圍為 ±1%)。在圖 2 所示的電路中,反饋通路電流為 6μA (VFB/200k),RFA 電阻為 10k,而且必須計算 RIN 電阻器的阻值以設(shè)定 IIOUT ? RFA = 825mV。
如果沒有電纜 / 導線壓降補償,那么負載電壓中的最大變化量 ΔVLOAD 可達 700mV (5 ? 140mΩ),也就是說:對于一個 3.3V 輸出,誤差為 21.2%。LT6110 在 25°C 時可將 ΔVLOAD 減小至僅為 50mV,即誤差為 1.5%。負載調(diào)節(jié)性能的改善幅度達到了一個數(shù)量級。
精準負載調(diào)節(jié)
利用 LT6110 實現(xiàn)負載調(diào)節(jié)的適度改善并不需要進行準確的 RWIRE 估算。負載調(diào)節(jié)誤差是兩個誤差的結(jié)果:由于電纜 / 導線電阻引起的誤差和源自 LT6110 補償電路的誤差。例如:當采用圖 2 所示電路時,即使 RSENSE 和 RWIRE 的計算誤差為 25%,LT6110 仍可將 VLOAD 誤差減小至 6.25%。
如欲實現(xiàn)精準的負載調(diào)節(jié),則需準確地估算電源與負載之間的電阻。倘若準確地估算了 RWIRE、RSENSE 以及與導線相串聯(lián)的電纜芯線和 PCB 走線的電阻,則 LT6110 能夠?qū)Χ喾N不同的壓降實施高精度補償。
利用 LT6110、準確的 RWIRE 估算和精準的 RSENSE 可減小 ΔVLOAD 補償誤差,以在采用任意長度的導線情況下與穩(wěn)壓器的電壓誤差相匹配。
結(jié)論
LT6110 電纜 / 導線壓降補償器可改善遠端負載的電壓調(diào)節(jié),在這里,如果未實施壓降補償,則高電流、長電纜線路和電阻將會顯著地影響穩(wěn)壓能力。無需增設(shè)檢測導線、購買開爾文電阻器、使用更多的銅或部署負載點穩(wěn)壓器 (這些都是其他解決方案的常見缺陷) 即可實現(xiàn)準確的調(diào)節(jié)。與此相反,補償器解決方案不僅所需的空間極小,同時還可較大限度地降低設(shè)計的復雜性和組件成本。
(來源:亞德諾半導體)
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