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摘要
本文探討如何通過動態電壓調整(DVS)來實現精密電壓調節。DVS是一種根據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實現可靠的電壓監控。
簡介
當需要嚴格調節的電源電壓時，可以利用開關穩壓器數據手冊中的直流電壓精度規格。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，還必須考慮動態電壓精度。如果發生負載瞬變，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，然后穩定在設定點水平。此行為取決于控制環路的速度。對于必須嚴格調節電源電壓的應用，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.發生負載瞬變后電源的典型電壓響應
DVS技術的優勢
DVS具備多種優勢，有助于實現更高精度的精密電壓調節。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。
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定的精度范圍內，使用DVS是有意義的。例如，當負載較低時，假設接下來會發生負載瞬變至高負載的情況。因此，在發生負載瞬變之前，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所示的降壓開關穩壓器電路就是一個簡單的DVS實現方案。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生的電壓。使用簡單的DVS實現方案時，系統必須生成此指令并將其提供給開關穩壓器。有些開關穩壓器則實施了更復雜的DVS系統。使用這些系統時，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引腳實現簡單DVS的降壓穩壓器
在某些情況下，需要嚴格調節電壓的應用可能需要監控IC來檢查產生的電壓是否確實在容差范圍內。當沒有負載瞬變時，通過一個簡單的電源監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。然而，這不適用于DVS系統，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。
特殊的監控IC（例如MAX20480電源系統監視器）也可以與DVS系統一起使用，以實現可靠的電壓監控。MAX20480具有數字I2C接口；就像圖2中的開關穩壓器一樣，它可以通過VSEL引腳動態切換，在使用DVS系統時可用于監控較高或較低的直流電壓。圖3顯示了圖2中DVS開關穩壓器的框圖，其中增加了支持DVS的電壓監控IC。
圖3.使用支持DVS的電源監控器對高度關鍵型應用進行監控
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電源監控器IC）可用于監控產生的電壓。此類IC可提高性能，同時降低與電源轉換系統相關的成本。
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關于作者
Frederik Dostal是一名擁有20多年行業經驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，進而積累了不少經驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關模式電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。
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