悄悄告訴你：如何通過任意長度的銅線控制遠端負載的電壓~

時間：2021-10-20 16:37:45

關(guān)鍵字：電壓

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[導(dǎo)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(dǎo)線壓降而產(chǎn)生穩(wěn)壓問題是很常見。導(dǎo)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(Kelvi...

在功率分配系統(tǒng)中，由于穩(wěn)壓器和負載之間的電纜 / 導(dǎo)線壓降而產(chǎn)生穩(wěn)壓問題是很常見。導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線，一根導(dǎo)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 R_SENSE 兩端的電壓 V_SENSE 來檢測負載電流，并輸出一個與負載電流 I_LOAD 成比例的電流 I_IOUT?？衫?R_IN 電阻設(shè)置 I_IOUT 在 10μA 至 1mA 之間。電纜 / 導(dǎo)線壓降 V_DROP 補償是通過經(jīng)由 R_FA 反饋電阻器吸收 I_IOUT 以增加穩(wěn)壓器的輸出來實現(xiàn)，而增量則等于 V_DROP。LT6110 電纜 / 導(dǎo)線壓降補償設(shè)計很簡單：設(shè)定 I_IOUT _? R_FA的乘積等于最大電纜 / 導(dǎo)線壓降。

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圖 1：無需額外的導(dǎo)線即可補償至一個遠端負載的導(dǎo)線壓降

LT6110 包括一個內(nèi)部 20mΩ R_SENSE，適合高至 3A 的負載電流；對于大于 3A 的 I_LOAD 則需要使用一個外部 R_SENSE。該外部 R_SENSE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 I_IOUT 吸收電流之外，LT6110 I_MON 引腳還提供了一個供電電流 I_MON，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(dǎo)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 R_SENSE。

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圖 2：高電流遠端負載調(diào)節(jié)實例：一個具有 LT6110 電纜 / 導(dǎo)線壓降補償功能電路的 3.3V、5A 降壓型穩(wěn)壓器

流過 140mΩ 導(dǎo)線電阻和 25mΩ R_SENSE的最大 5A I_LOAD 將產(chǎn)生一個 825mV 壓降。對于 0A ≤ I_LOAD ≤ 5A，如要調(diào)節(jié)負載電壓 V_LOAD，那么 I_IOUT ? R_FA必須等于 825mV。這有兩種設(shè)計選項：選擇 I_IOUT 并計算 R_FA 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 R_IN 電阻器阻值以設(shè)定 I_IOUT。通常情況下，I_IOUT 被設(shè)定為 100μA (I_IOUT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 (V_FB/200k)，R_FA 電阻為 10k，而且必須計算 R_IN 電阻器的阻值以設(shè)定 I_IOUT? R_FA = 825mV。

如果沒有電纜 / 導(dǎo)線壓降補償，那么負載電壓中的最大變化量 ΔV_LOAD 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 ΔV_LOAD 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 R_WIRE 估算。負載調(diào)節(jié)誤差是兩個誤差的結(jié)果：由于電纜 / 導(dǎo)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 R_SENSE 和 R_WIRE 的計算誤差為 25%，LT6110 仍可將 V_LOAD 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 R_WIRE、R_SENSE 以及與導(dǎo)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 R_WIRE 估算和精準的 R_SENSE 可減小 ΔV_LOAD 補償誤差，以在采用任意長度的導(dǎo)線情況下與穩(wěn)壓器的電壓誤差相匹配。

結(jié)論LT6110 電纜 / 導(dǎo)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(dǎo)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(fù)雜性和組件成本。

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