關(guān)于輸出可調電路的電源設計要點(diǎn)

1 常見(jiàn)方式

目前，常規的可調電源是在電壓采樣回路中，用阻值可調的電阻代替穩定阻值的電阻，實(shí)現輸出電壓可調的功能。在可調電壓設置上，一般遵循“上偏范圍≥下偏范圍”的策略。畢竟電壓高了，后端可以通過(guò)走線(xiàn)等方式把電壓降下來(lái)。但電壓低了就真的低了，巧婦難為無(wú)米之炊。

一般的電壓采樣電路，將電阻換成可調電阻，有以下兩種方式，均可實(shí)現輸出電壓調整的功能。

1.1 當可調電阻放低端時(shí)

可調電阻的變化影響采樣電流，繼而影響輸出電壓，參數計算設計稍復雜，且阻值較大，選型麻煩?？烧{電阻的變化會(huì )影響采樣電流，為確保調整率性能，我們一般設置采樣電流比流入 TL431 參考腳的電流大 100 倍，實(shí)現性能可控。

1.2 當可調電阻放高端時(shí)

可調電阻變化直接影響輸出電壓，參數設計較直觀(guān)，斜率變化小。但由于高端電阻參與產(chǎn)品環(huán)路調整，在調 輸出電壓時(shí)，會(huì )讓產(chǎn)品的環(huán)路增益和相位裕量變化。而這兩者的變化是非線(xiàn)性的，會(huì )增加了產(chǎn)品的不確定性。同時(shí)，當輸出端產(chǎn)生過(guò)電壓擾動(dòng)時(shí)，高端的可調電阻將承受部分應力，長(cháng)此以往會(huì )降低可調電阻的可靠性，影響產(chǎn)品壽命。因此，我們放在高端的電阻封裝一般在 0805 或以上，低端的電阻封裝在 0603 或以下。

2 電路對比

以 24 V 輸出為例，圖 3a 為采樣電路參數相近情況下，兩者的變化斜率對比圖。明顯看出可調電阻放低端時(shí)，輸出電壓受阻值變化影響較大，且斜率單調變化?？烧{電阻放高端時(shí)，輸出電壓受阻值變化影響較小，斜率幾乎不變。若高端的電路想實(shí)現如此寬的電壓變化，需同時(shí)減小采樣電路阻值，結果如圖 3b 所示。

綜上所述，由于高端設計會(huì )引起產(chǎn)品可靠性問(wèn)題，并使環(huán)路設計難度加大，故一般設計都把可調電阻設計在低端。

3 電路優(yōu)化及優(yōu)

然而，這兩種電路雖然簡(jiǎn)單，但是在可調電阻異常斷路后，電源系統將開(kāi)環(huán)，輸出電壓無(wú)限制上升，造成后端產(chǎn)品的過(guò)電壓損壞。對此，需要額外增加輸出過(guò)壓保護限制。同時(shí)，由于機械式可調電阻受溫度影響大，高低溫下器件的熱脹冷縮會(huì )讓觸點(diǎn)偏移，導致輸出電壓波動(dòng)，造成電壓溫飄問(wèn)題。若不對可調電阻加以限制，電阻阻值的溫飄將影響輸出電壓，嚴重的將掉出電壓精度。前述圖 1 和圖 2 中低端的 R71、R71B，高端的 R72 為其中一種串聯(lián)限制方式。

除了串聯(lián)以外，并聯(lián)也是一種可降低電阻阻值溫飄影響的方式。但在使用低端電路控制時(shí)，一般不會(huì )將可調電阻直接并聯(lián)在 TL431 參考腳與地兩端，否則當可調電阻阻值在零附近變化時(shí)，輸出電壓將呈指數上升，難以控制。因此，優(yōu)化后使用圖 4 串并聯(lián)的限制方式。這一電路還能確保無(wú)論可調電阻短路還是斷路，其輸出電壓均可以由其他電阻鉗位控制，不至于產(chǎn)生產(chǎn)品開(kāi)環(huán)和電壓持續上升的問(wèn)題。

雖然該電路可靠性更高，但因為引入了三個(gè)未知數，需額外設定一個(gè)條件，會(huì )使計算更加復雜，可以擬制參數計算表，實(shí)現一勞永逸。在規定可調上下限后，產(chǎn)品輸出電壓總體的變化趨勢如圖 5 所示，可見(jiàn)圖 1 與圖 4 變化規律類(lèi)似，均呈現斜率逐漸變化的趨勢。但是圖 4 與圖 1 相比，前半段變化更急，后半段變化更緩?？衫么艘幝?，將額定電壓設置在可調電阻阻值后半段區域，降低可調電阻溫飄的影響。

除了降低溫飄影響以外，巧妙利用該規律還可提升用戶(hù)使用滿(mǎn)意度和生產(chǎn)效率。對于大部分使用者來(lái)說(shuō)，最常使用的還是額定電壓值，如果此處斜率變化過(guò)大，就會(huì )出現使用者稍微用 調整旋鈕，產(chǎn)品輸出電壓就變化很大的情況，需要使用者反復調整至所需電壓值，不便于使用。而在生產(chǎn)上同理，若輸出電壓的變化比自動(dòng)調壓的機器還靈敏，則需要人工介入調整，否則機器將一直在循環(huán)做無(wú)用功，降低生產(chǎn)效率。

4 小結

可調電路雖設計簡(jiǎn)單，但通過(guò)多種變化，可滿(mǎn)足不同的要求，實(shí)現生產(chǎn)效益的最大化。目前，金升陽(yáng)的 15-75 W 的開(kāi)關(guān)電源 LM 系列、LOF225-20Bxx 等產(chǎn)品均使用該電路方案。我們秉承著(zhù)把難題留給自己，把便利留給客戶(hù)的精神，不斷創(chuàng )新，持續優(yōu)化，為客戶(hù)提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

(注：本文轉載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年8月期)