作者：Jose SanBuenaventura和Henry Zhang

本文將演示如何為設(shè)計(jì)選擇合適的電源容差。具體而言，LTpowerCAD電阻分壓器工具箱將用于展示如何使用元件容差并估計(jì)輸出電壓中的相應(yīng)誤差。有了這些信息，設(shè)計(jì)人員就可以正確決定其應(yīng)用允許的公差。

介紹

幾乎可以在任何電路中找到電源。從無線電收發(fā)器到微處理器、FPGA 和放大器，電源模塊存在于某個(gè)地方是保證的，這使得電源模塊成為任何模擬或數(shù)字電路的重要組成部分。

與任何其他組件一樣，電源有多種形狀和形式。不同的架構(gòu)，如線性穩(wěn)壓器或開關(guān)模式穩(wěn)壓器具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，使得一種架構(gòu)在某些應(yīng)用中優(yōu)于另一種。在所有這些架構(gòu)中，一個(gè)共同點(diǎn)是輸出通常由外部部件（尤其是反饋電阻）的組合決定。

在仿真工具的幫助下，可以設(shè)計(jì)出符合必要規(guī)格的電源，并提出滿足這些規(guī)格的組件值。盡管仿真結(jié)果顯示出希望，但在現(xiàn)實(shí)生活中存在局限性。一個(gè)常見的例子是組件公差。實(shí)際上，電阻器或電容器等元件的額定值會(huì)有所不同，這種差異就是公差所描述的。由57 kΩ和23 kΩ電阻組成的模擬電阻組合輸出5 V信號(hào)，與57 kΩ和23 kΩ的實(shí)際組合不同，因?yàn)樵?huì)有所不同。除了IC固有誤差外，這種容差還會(huì)影響直流輸出電壓的精度。

穩(wěn)壓器輸出計(jì)算

ADI公司的許多穩(wěn)壓器IC都有一個(gè)輸出反饋引腳（FB或ADJ引腳）。因此，輸出電壓可以用一對(duì)外部電阻器R來設(shè)置。返回頁首和 R機(jī)器人，其中 R返回頁首連接到 V外和 FB 引腳，以及 R機(jī)器人連接FB引腳和IC信號(hào)接地引腳。通常，標(biāo)準(zhǔn)IC數(shù)據(jù)手冊(cè)公式為：

其中 V裁判IC內(nèi)部基準(zhǔn)電壓作為反饋誤差放大器的內(nèi)部輸入。我們以LT3062線性穩(wěn)壓器的輸出電壓公式為例。圖1顯示了其計(jì)算輸出電壓。

圖1.LT3062 的輸出電壓。

使用內(nèi)部生成且假定為準(zhǔn)確的基準(zhǔn)電壓源 （V裁判= LT3062的0.6 V）輸出電壓分壓器反饋網(wǎng)絡(luò)（R1和R2）決定了IC調(diào)節(jié)的電壓電平。在LT3062公式中，還有一個(gè)來自I調(diào)整后，則從ADJ引腳流出的意外偏置電流。其典型值為 15 nA，但可高達(dá) 60 nA，如電氣特性 （EC） 表所示，并且可能導(dǎo)致額外的 V外調(diào)節(jié)錯(cuò)誤。

如果使用R1和R2的1%容差，電阻分壓器引起的總Vo誤差是多少（1%還是2%）？我們應(yīng)該在應(yīng)用中使用0.5%還是0.1%的電阻？輸出電壓可能需要一定水平的精度，選擇合適的電阻起著關(guān)鍵作用。如果用容差較高的電阻器可以達(dá)到目標(biāo)誤差，則可能不希望使用容差非常低的電阻器（這可能非常昂貴）。

LTpowerCAD電阻分壓器工具

為了幫助設(shè)計(jì)，LTpowerCAD電阻分壓器工具?可以使用。LTpowerCAD是一個(gè)完整的電源設(shè)計(jì)程序，配備了一個(gè)設(shè)計(jì)資產(chǎn)工具箱，包括電阻分壓器設(shè)計(jì)工具。電阻分壓器工具接受輸入，例如所需的輸出電壓電平V外和穩(wěn)壓器的電壓基準(zhǔn) V裁判（ADJ引腳或FB引腳電壓），然后根據(jù)所選容差推薦市售的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，以達(dá)到所需的電壓。使用此工具估計(jì)兩個(gè)誤差：1） 由標(biāo)準(zhǔn)分立標(biāo)準(zhǔn)電阻值引起的誤差。注意：對(duì)于給定的 V外和 V裁判，該工具會(huì)自動(dòng)選擇最佳匹配對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電阻值以最小化此誤差，因此實(shí)際V外最接近目標(biāo)值。2） 給定 V 的電阻容差引起的誤差外和 V裁判組合。事實(shí)上，對(duì)于一對(duì)精度為1%的電阻分壓器，有效分壓器容差成為分壓器比的函數(shù)，范圍為1%至2%。LTpowerCAD電阻分壓器工具將這兩個(gè)誤差相加，得出總R分壓器容差。這使得工程師可以輕松查看總誤差，從而決定滿足最終目標(biāo)所需的電阻容差水平（0.1%、0.5%、1%或2%）。

圖2.打開LTpowerCAD工具箱中的電阻分壓器工具。

圖3.LTpowerCAD電阻分壓器工具：電阻對(duì)推薦。

該工具還具有在給定其他電阻（用戶輸入）時(shí)求解頂部或底部電阻值的功能，同時(shí)還考慮目標(biāo)或允許的元件容差。

除了電阻值建議外，該工具還顯示了與元件容差相關(guān)的誤差計(jì)算，相對(duì)于理想和實(shí)際V。外.

利用這些參數(shù)，設(shè)計(jì)人員可以在給定所選元件容差的情況下了解預(yù)期的電壓范圍，并評(píng)估其是否符合目標(biāo)應(yīng)用。

最后，該工具還具有查找任何給定值的標(biāo)準(zhǔn)值電阻器的功能，以幫助簡(jiǎn)化元件搜索。

其他錯(cuò)誤和注意事項(xiàng)

需要指出的是，該電阻分壓器工具僅通過電阻分壓器估計(jì)直流誤差。它不包括其他直流誤差，這些誤差應(yīng)與總電源V的電阻分壓器誤差相加外調(diào)節(jié)精度。這些附加誤差包括：1） IC內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源V裁判誤差，典型范圍為0.5%至1.5%，可在IC數(shù)據(jù)手冊(cè)EC表中找到;2）電源線路和負(fù)載調(diào)整率錯(cuò)誤，也可以在IC EC表上找到;3） ADJ 或 FB 引腳漏電流誤差 （如 LT3062 示例所示），R 較低機(jī)器人希望減少此錯(cuò)誤的值;4）本地IC與遠(yuǎn)程負(fù)載器件之間的PCB電阻等引起的附加誤差。在設(shè)計(jì)電源時(shí)，在估算總誤差時(shí)應(yīng)考慮所有這些誤差。

此外，高精度電子系統(tǒng)還可能對(duì)總電源輸出電壓容差有嚴(yán)格的要求，包括直流誤差和交流紋波。例如，許多高電流ASIC和FPGA需要±2%或±3%的總?cè)莶畲翱冢ㄖ绷髡`差和交流紋波。為了滿足這一嚴(yán)格的要求，電源必須設(shè)計(jì)為具有快速瞬態(tài)響應(yīng)，并具有大容量輸出電容以最小化V外快速負(fù)載階躍瞬變期間的紋波。在這種情況下，選擇具有緊密V的IC至關(guān)重要裁判寬容。高電流軌需要具有遠(yuǎn)程電壓檢測(cè)功能的穩(wěn)壓器。此外，輸出電容器節(jié)省的空間和成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用0.5%甚至0.1%電阻的小成本增加。使用集成模塊也很有幫助，例如ADI LTM 系列μ模塊穩(wěn)壓器?，指定總直流調(diào)節(jié)容差（包括 V裁判、線路和負(fù)載調(diào)整率誤差）的完整高性能電源解決方案。

圖4.LTpowerCAD電阻分壓器工具：R返回頁首或 R底求解。

圖5.LTpowerCAD電阻分壓器工具：電壓誤差計(jì)算。

圖6.LTpowerCAD電阻分壓器工具：標(biāo)準(zhǔn)電阻查找器。

結(jié)論

根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用，一定級(jí)別的電源 V外公差是必需的。幾毫伏的誤差可能是不同系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵方面，因此必須滿足適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)考慮。

影響調(diào)壓閥精度的一個(gè)外部可控因素是元件公差。使用容差為 0.5% 的電阻器與容差為 2% 的電阻器之間的差異可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生重大影響，而選擇正確的元件可降低出錯(cuò)的可能性。選擇正確的組件還有助于最大限度地降低成本并提高可靠性，因?yàn)楦鼡Q組件的需求將被最小化或消除。

使用 LTpowerCAD 電阻分壓器工具，工程師可以觀察元件容差對(duì)其電源設(shè)計(jì)的影響。通過最初選擇目標(biāo)輸出電壓和基準(zhǔn)引腳電壓，設(shè)計(jì)人員可以：（1） 獲得目標(biāo)電壓的最佳匹配標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)，（2） 求解頂部或底部電阻，以及 （3） 由于 R 分壓器容差而實(shí)現(xiàn)所需的電壓誤差范圍。

憑借給定的特性，加上標(biāo)準(zhǔn)的電阻分壓器查找器，電阻分壓器工具被證明對(duì)電源設(shè)計(jì)很有幫助。它特別可以幫助電源設(shè)計(jì)初學(xué)者的工程師熟悉它。使用此工具，工程師可以設(shè)計(jì)出符合預(yù)期應(yīng)用所需規(guī)格的電源，并確保為不同系統(tǒng)模塊提供最佳性能和功率。

審核編輯：郭婷