關(guān)于輸出可調(diào)電路的電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1 常見(jiàn)方式

目前，常規(guī)的可調(diào)電源是在電壓采樣回路中，用阻值可調(diào)的電阻代替穩(wěn)定阻值的電阻，實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的功能。在可調(diào)電壓設(shè)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(diào)電阻，有以下兩種方式，均可實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)整的功能。

1.1 當(dāng)可調(diào)電阻放低端時(shí)

可調(diào)電阻的變化影響采樣電流，繼而影響輸出電壓，參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)稍復(fù)雜，且阻值較大，選型麻煩?？烧{(diào)電阻的變化會(huì)影響采樣電流，為確保調(diào)整率性能，我們一般設(shè)置采樣電流比流入 TL431 參考腳的電流大 100 倍，實(shí)現(xiàn)性能可控。

1.2 當(dāng)可調(diào)電阻放高端時(shí)

可調(diào)電阻變化直接影響輸出電壓，參數(shù)設(shè)計(jì)較直觀，斜率變化小。但由于高端電阻參與產(chǎn)品環(huán)路調(diào)整，在調(diào) 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性的，會(huì)增加了產(chǎn)品的不確定性。同時(shí)，當(dāng)輸出端產(chǎn)生過(guò)電壓擾動(dòng)時(shí)，高端的可調(diào)電阻將承受部分應(yīng)力，長(zhǎng)此以往會(huì)降低可調(diào)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(duì)比

以 24 V 輸出為例，圖 3a 為采樣電路參數(shù)相近情況下，兩者的變化斜率對(duì)比圖。明顯看出可調(diào)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(diào)變化?？烧{(diào)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(xiàn)如此寬的電壓變化，需同時(shí)減小采樣電路阻值，結(jié)果如圖 3b 所示。

綜上所述，由于高端設(shè)計(jì)會(huì)引起產(chǎn)品可靠性問(wèn)題，并使環(huán)路設(shè)計(jì)難度加大，故一般設(shè)計(jì)都把可調(diào)電阻設(shè)計(jì)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(diào)電阻異常斷路后，電源系統(tǒng)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(duì)此，需要額外增加輸出過(guò)壓保護(hù)限制。同時(shí)，由于機(jī)械式可調(diào)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(dǎo)致輸出電壓波動(dòng)，造成電壓溫飄問(wèn)題。若不對(duì)可調(diào)電阻加以限制，電阻阻值的溫飄將影響輸出電壓，嚴(yán)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(diào)電阻直接并聯(lián)在 TL431 參考腳與地兩端，否則當(dāng)可調(diào)電阻阻值在零附近變化時(shí)，輸出電壓將呈指數(shù)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(diào)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(xù)上升的問(wèn)題。

雖然該電路可靠性更高，但因?yàn)橐肓巳齻€(gè)未知數(shù)，需額外設(shè)定一個(gè)條件，會(huì)使計(jì)算更加復(fù)雜，可以擬制參數(shù)計(jì)算表，實(shí)現(xiàn)一勞永逸。在規(guī)定可調(diào)上下限后，產(chǎn)品輸出電壓總體的變化趨勢(shì)如圖 5 所示，可見(jiàn)圖 1 與圖 4 變化規(guī)律類似，均呈現(xiàn)斜率逐漸變化的趨勢(shì)。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?guī)律，將額定電壓設(shè)置在可調(diào)電阻阻值后半段區(qū)域，降低可調(diào)電阻溫飄的影響。

除了降低溫飄影響以外，巧妙利用該規(guī)律還可提升用戶使用滿意度和生產(chǎn)效率。對(duì)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(xiàn)使用者稍微用 調(diào)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(fù)調(diào)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(diào)壓的機(jī)器還靈敏，則需要人工介入調(diào)整，否則機(jī)器將一直在循環(huán)做無(wú)用功，降低生產(chǎn)效率。

4 小結(jié)

可調(diào)電路雖設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但通過(guò)多種變化，可滿足不同的要求，實(shí)現(xiàn)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。我們秉承著把難題留給自己，把便利留給客戶的精神，不斷創(chuàng)新，持續(xù)優(yōu)化，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年8月期)