妙用“虛擬遠端采樣“改善負載調節性能（一）

當電源和負載之間存在較大壓降時(shí)，準確調節負載電壓可能很難。即使穩壓器在自己的輸出端產(chǎn)生非常穩定的電壓，負載電流的變化也會(huì )影響沿導線(xiàn)產(chǎn)生的IR壓降，從而在負載端導致極大的電壓波動(dòng)(圖1)。

圖1：通過(guò)電阻性互連線(xiàn)實(shí)現最簡(jiǎn)單的負載調節模型。

在負載側改善調節的傳統解決方案包括增加額外的導線(xiàn)以進(jìn)行遠端采樣(圖2)，但是增加額外的導線(xiàn)并不是一種可行的理想方案。一種新的控制方法是“虛擬遠端采樣(VRS)”，該方法很容易地取代了常規解決方案，并可避免常規解決方案的隱患，而且在某些情況下還解決了以前無(wú)法解決的問(wèn)題。

圖2：遠端采樣解決負載調節問(wèn)題，但是在分壓器上增加了導線(xiàn)。

傳統的負載端調節方案

虛擬遠端采樣解決了在長(cháng)導線(xiàn)末端保持負載穩定的問(wèn)題，這種方法比直接遠端電壓采樣、壓降補償、和負載端調節等常規遠端采樣方法更易采用，且效果更好。

第一種傳統方法是直接遠端采樣(圖2)，該方案可實(shí)現極好的負載端調節，但是需要兩對導線(xiàn)：一對提供負載電流，另一對測量負載端的電壓，以便實(shí)現恰當的調節。遠端采樣需要先見(jiàn)之明，必須設計到系統里。除非有一對額外的檢測導線(xiàn)準備好待用，遠端采樣不可能事后實(shí)現。

第二種傳統方法是壓降補償，這不需要額外的導線(xiàn)，但是卻需要仔細估計負載線(xiàn)路的壓降。對電源電壓進(jìn)行調節，以補償估計的互連線(xiàn)壓降。不過(guò)，既然壓降僅是估計值而不是測量值，那么這種方法的準確性值得商榷。

第三種傳統方法涉及直接在負載端放置一個(gè)穩壓器。這既保證了準確度，又簡(jiǎn)化了布線(xiàn)，但是穩壓器在負載端占用寶貴的空間、降低了電源系統的總體效率且靠近負載的功耗升高了。在工業(yè)和汽車(chē)系統中，在負載端的嚴酷環(huán)境中放置一個(gè)穩壓器也許是不可能的。

VRS 避開(kāi)了所有這些限制，同時(shí)在多種條件下實(shí)現了令人贊嘆的負載調節效果。

什么是 VRS?

圖3顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的虛擬遠端感測系統原理圖，由一個(gè)電源或通過(guò)電阻性互連線(xiàn)(由導線(xiàn)和連接器組成)驅動(dòng)負載的穩壓器組成。如果不采用VRS，電源電壓 (VSUPPLY)和DC電流(ILOAD) 是已知的，但是沒(méi)法確定多少電壓提供給了負載，多少電壓損失在導線(xiàn)中，因此無(wú)法實(shí)現恰當的負載電壓調節。

圖3：虛擬遠端采樣易于實(shí)現。

LT4180 VRS 通過(guò)查詢(xún)線(xiàn)路阻抗和動(dòng)態(tài)補償壓降解決了這個(gè)問(wèn)題。該器件通過(guò)使輸出電流在所需輸出電流的95%和105%之間交替變化來(lái)工作。換句話(huà)說(shuō)，LT4180強制電源提供一個(gè)DC電流加上一個(gè)峰峰值幅度等于DC電流10%的電流方波。去耦電容器C(通常在非VRS系統中確保低阻抗，以實(shí)現恰當的負載瞬態(tài))還承擔了一個(gè)附加的角色 ──從VRS方波中濾除電壓瞬態(tài)。

因為C的大小可以改變，以在方波頻率上產(chǎn)生“AC 短路”，所以在電源端產(chǎn)生的查詢(xún)電壓方波等于 VSUPPLY(AC) = 0.1 ? IDC ? R，以VP-P來(lái)衡量。這個(gè)在電源端測得的電壓方波峰峰值幅度等于DC導線(xiàn)壓降的1/10。這不是估計值，它是導線(xiàn)上通過(guò)全部負載電流時(shí)直接測量的壓降。通過(guò)小信號處理，從這個(gè)AC信號中產(chǎn)生了一個(gè)DC電壓，這個(gè) 電壓引入電源的反饋環(huán)路，以提供準確的負載調節。

那么VRS有多有效?

LT4180的靜態(tài)負載調節如圖4所示。在這種情況下，負載電流從零開(kāi)始升高，直至在導線(xiàn)中產(chǎn)生一個(gè)2.5V的壓降為止。負載端電壓在最大電流時(shí)僅比電流為零時(shí)下降73mV。甚至導線(xiàn)內壓降等于標稱(chēng)負載電壓的50%時(shí)，負載端的電壓仍然保持在無(wú)負載電流值的1.5%之內。導線(xiàn)壓降不那么大時(shí)，會(huì )產(chǎn)生更好的結果。

圖4：在極寬的穩壓器至負載導線(xiàn)壓降范圍內，LT4180的靜態(tài)負載調節令人印象深刻。

VRS極度靈活

LT4180幾乎可與任何電源或穩壓器一起使用：線(xiàn)性或開(kāi)關(guān)式、隔離或非隔離式。電源可以同步或不同步至LT4180。為了滿(mǎn)足各種系統和電源需求，VRS工作頻率可以在超過(guò)以千計的范圍內調節。它還提供擴頻工作模式，以部分起到抗單音干擾的作用。其較大的輸入電壓范圍簡(jiǎn)化了設計。

用 VRS 解決以前不可能解決的問(wèn)題

除了提供可替代常規方法的解決方案，VRS還在電池充電、工業(yè)和以太網(wǎng)、照明、測井以及其它應用領(lǐng)域創(chuàng )造了以前不可能獲得的機會(huì )。

改善電池充電器

圖5示意了一個(gè)粗略的電源系統，用于筆記本電腦、PDA、蜂窩電話(huà)或便攜式娛樂(lè )設備。一個(gè)外部電源/電池充電器用來(lái)最大限度地減小便攜式電子設備的尺寸。充電器僅在該設備關(guān)閉且沒(méi)有吸取電流時(shí)才能正確工作。當電池接近滿(mǎn)容量時(shí)，電池充電電流(IBAT)接近為零。如果I=0，那么電池充電器電壓VSUPPLY等于電池浮充電壓，而且充電終止功能正確啟動(dòng)。

圖5：一種(有缺點(diǎn)的)電池充電架構旨在用一個(gè)外部電池充電器減小設備尺寸。

但是如果系統穩壓器吸取電流，會(huì )發(fā)生什么問(wèn)題?電池電壓VBAT可能低于所需電池充電器電壓VSUPPLY，因此使充電速度變慢，甚至完全停止充電?；ミB線(xiàn)電阻不可能降到足夠低來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。1%的鋰離子浮充電壓準確度要求轉換為42mV浮充電壓誤差(就單節鋰離子電池而言)。因為還存在其它浮充電壓誤差源，所以導線(xiàn)壓降必須保持遠低于這個(gè)值。

傳統解決方案采用像圖6所示那樣的復雜架構，這種架構在設備中納入了充電器和一個(gè)電源路徑控制器。盡管這樣可以降低與導線(xiàn)有關(guān)的充電誤差，但是也增大了設備的尺寸和設備內部的功耗，因為充電器和電源路徑控制器必須放在設備內部。

圖6：未用VRS的典型電池充電架構。

圖7顯示采用 VRS 時(shí)不打折扣的解決方案。充電器電壓在設備端得到恰當的控制，不受負載電流(I)影響，因此可以使用一個(gè)外部電池充電器電源，電源路徑控制器可以去掉。

圖7：以VRS實(shí)現的簡(jiǎn)化電池充電方案，該方案能減小設備的總體尺寸，實(shí)現圖5所示解決方案不可能實(shí)現的效果。

在以太網(wǎng)供電應用中非常容易補償線(xiàn)路壓降

以太網(wǎng)供電和工業(yè)應用也受益于VRS。VRS允許低壓設備(具大工作電流)在CAT5和CAT6電纜上運行，而不會(huì )產(chǎn)生長(cháng)導線(xiàn)引起的壓降。甚至10V至20V的線(xiàn)路壓降也可以補償，從而允許在遠端使用簡(jiǎn)單的線(xiàn)性穩壓器或不使用穩壓器。

下接：妙用虛擬遠端采樣改善負載調節性能（二）

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