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通过动态电压调整实现精密电压调节

Date：November 2, 2023 Views：782

摘要

本文探讨如何通过动态电压调整(DVS)来实现精密电压调节。DVS是一种根据预期的负载瞬变将输出电压稍微调高或调低的过程。本文介绍如何使用特定IC实现可靠的电压监控。

简介

当需要严格调节的电源电压时，可以利用开关稳压器数据手册中的直流电压精度规格。该精度值通常为±1%或±0.5%。如果电压转换器在反馈路径中使用外部电阻分压器，进行电压精度计算时必须要包含电阻的容差。此外，除了直流精度外，还必须考虑动态电压精度。如果发生负载瞬变，即负载突然消耗高电流，则生成的电压可能会低于或高于设定点电压，然后稳定在设定点水平。此行为取决于控制环路的速度。对于必须严格调节电源电压的应用，在此类负载瞬变期间通常也需要提供精密电压。图1显示了发生负载瞬变后时域中的典型电压响应。可以看到，100μs后连接了一个负载，400μs后断开了该负载。

图1.发生负载瞬变后电源的典型电压响应

DVS技术的优势

DVS具备多种优势，有助于实现更高精度的精密电压调节。利用DVS技术，可以在设定点附近调整输出电压，以补偿负载瞬变并提供更严格的调节。

如图1所示，负载瞬变后的电压波动通常比电源电压的直流精度限值高出许多倍。图1中的虚线显示了1%的精度限值。

为了将这些有时非常高的电压波动控制在规定的精度范围内，使用DVS是有意义的。例如，当负载较低时，假设接下来会发生负载瞬变至高负载的情况。因此，在发生负载瞬变之前，输出电压会稍微提高（例如提高到5.2 V）。但电压下降的幅度不会因此而改变。电压不是从5 V下降到4.75 V，而是从5.2 V下降到4.95 V。当存在高负载电流时，电压会稍微降低，因为一般预计负载会在某个时刻再次下降。这样电压过冲就不会那么高了。

图2所示的降压开关稳压器电路就是一个简单的DVS实现方案。例如，通过将微控制器信号施加于VSEL引脚，指示是否应稍微提高产生的电压。使用简单的DVS实现方案时，系统必须生成此指令并将其提供给开关稳压器。有些开关稳压器则实施了更复杂的DVS系统。使用这些系统时，针对DVS切换的各个负载阈值可以直接编程设置。

图2.通过VSEL引脚实现简单DVS的降压稳压器

在某些情况下，需要严格调节电压的应用可能需要监控IC来检查产生的电压是否确实在容差范围内。当没有负载瞬变时，通过一个简单的电源监控器芯片就足以检查直流电压，该电压通常位于一个很窄的范围内。然而，这不适用于DVS系统，因为其直流电压有两个不同的值：DVS意味着该值有时较高，有时较低。

特殊的监控IC（例如MAX20480电源系统监视器）也可以与DVS系统一起使用，以实现可靠的电压监控。MAX20480具有数字I2C接口；就像图2中的开关稳压器一样，它可以通过VSEL引脚动态切换，在使用DVS系统时可用于监控较高或较低的直流电压。图3显示了图2中DVS开关稳压器的框图，其中增加了支持DVS的电压监控IC。