通過動態(tài)電壓調整實現(xiàn)精密電壓調節(jié)

作者：Frederik Dostal，現(xiàn)場應用工程師

本文探討如何通過動態(tài)電壓調整(DVS)來實現(xiàn)精密電壓調節(jié)。DVS是一種根據(jù)預期的負載瞬變將輸出電壓稍微調高或調低的過程。本文介紹如何使用特定IC實現(xiàn)可靠的電壓監(jiān)控。

簡介

當需要嚴格調節(jié)的電源電壓時，可以利用開關穩(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%。如果電壓轉換器在反饋路徑中使用外部電阻分壓器，進行電壓精度計算時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)生負載瞬變，即負載突然消耗高電流，則生成的電壓可能會低于或高于設定點電壓，然后穩(wěn)定在設定點水平。此行為取決于控制環(huán)路的速度。對于必須嚴格調節(jié)電源電壓的應用，在此類負載瞬變期間通常也需要提供精密電壓。圖1顯示了發(fā)生負載瞬變后時域中的典型電壓響應。可以看到，100μs后連接了一個負載，400μs后斷開了該負載。

圖1.發(fā)生負載瞬變后電源的典型電壓響應

DVS技術的優(yōu)勢

DVS具備多種優(yōu)勢，有助于實現(xiàn)更高精度的精密電壓調節(jié)。利用DVS技術，可以在設定點附近調整輸出電壓，以補償負載瞬變并提供更嚴格的調節(jié)。

如圖1所示，負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，當負載較低時，假設接下來會發(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。當存在高負載電流時，電壓會稍微降低，因為一般預計負載會在某個時刻再次下降。這樣電壓過沖就不會那么高了。

圖2所示的降壓開關穩(wěn)壓器電路就是一個簡單的DVS實現(xiàn)方案。例如，通過將微控制器信號施加于VSEL引腳，指示是否應稍微提高產(chǎn)生的電壓。使用簡單的DVS實現(xiàn)方案時，系統(tǒng)必須生成此指令并將其提供給開關穩(wěn)壓器。有些開關穩(wěn)壓器則實施了更復雜的DVS系統(tǒng)。使用這些系統(tǒng)時，針對DVS切換的各個負載閾值可以直接編程設置。

圖2.通過VSEL引腳實現(xiàn)簡單DVS的降壓穩(wěn)壓器

在某些情況下，需要嚴格調節(jié)電壓的應用可能需要監(jiān)控IC來檢查產(chǎn)生的電壓是否確實在容差范圍內(nèi)。當沒有負載瞬變時，通過一個簡單的電源監(jiān)控器芯片就足以檢查直流電壓，該電壓通常位于一個很窄的范圍內(nèi)。然而，這不適用于DVS系統(tǒng)，因為其直流電壓有兩個不同的值：DVS意味著該值有時較高，有時較低。 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)控器對高度關鍵型應用進行監(jiān)控

結語

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，同時降低與電源轉換系統(tǒng)相關的成本。