当理想的电源解决方案出现反效果

Ferrya

当理想的电源解决方案出现反效果

. C: u  ^" z& u2 u- B: ]8 Q  ^
多年前，我曾经参与了一项开发项目，其中使用的直流(DC)主电源是一个标准的开放式机架单元，它需要以大约20A电流为机箱的相对较远部份提供5V电压。由于作为部份供电路径的PC电路板中IR压降引起的问题(电源轨太薄，使用1oz铜取代2oz)，负载电压仅为4.5V左右，而规格适用于5V±200mV。因此，该设计的性能不稳定且不一致，尤其是在启动时。

该怎么办呢？在快速地开会讨论后，我们查看了可能的选择。从工程设计的角度来看，第一种方案是最简单的：直接增加额定的电源输出(供电已稍微减少了)以补偿预期的压降。虽然这看起来像是一种简单的解决方案，但生产人员可不喜欢在组装在线逐一手动调整每个单元的想法；修理人员也不想到了现场替换电源时还得重复做同样的事情(而且这是在现实中易于忽略的一步)。因此，从工程角度来看，这项看起来简单的解决方法有充份的理由必须被驳回。
6 \' H3 D, Q6 H* h
5 W$ l5 ^: R" p' L) \( S然后马上有人提出了另一个想法：为什么不使用内建于电源中的遥测(remote-sensing)功能？电源的遥测设置包括两个电源导线和两个来自电源的感测导线，这些导线都连接至电源负载。使用这种方案时，电源是在负载上(而非输出端)感测实际电压，并调整负载本身以保持负载所需电压，而无论过程中发生任何IR压降。这正是开尔文(Kelvin)感测的变化版本，特别是用于需要准确评估电阻器上的电流以及其他测试和量测场合。

这做起似乎很简单，而且唯一的「代价」是负载和电源之间两条相对较细的走线(与实际电源线不同的是，它们携带的电流可忽略不计)。这样的方案在制造上是可行的，现场维修也没问题。我们高度乐观地认为马上就能解决这个问题，接着继续进行设计。
9 I+ ?3 N4 V2 X: o0 b7 h7 W
3 |3 a$ _$ g; d3 y8 g# x但是，事情可没这么简单就结束。没错，负载上的DC电压似乎没什么问题，但DC电源轨却也发生了许多噪声，甚至经常出现振荡。我们才刚刚采纳这项最佳想法，但看起来似乎没那么好。我们的下一步是「咨询」另一项项目团队的专业电力子系统/模拟工程师。

. _, K( F7 E0 `0 R现实的经验教训
这就是从现实世界的经验中获得教训的最佳写照。他甚至不必实际看到电路、系统或示波器，就告诉我们问题可能出在感测线路中的噪声拾取。然后他绘制了一张简单的草图，显示电源实际上只是一个特定的闭路负反馈放大器，专用于以固定电压值提供可变电流，类似图1。匹配输出与参考的电源反馈回路通常实体上都很小，而且完全位于电源内部，因此相对较不受噪声拾取的影响。
* ?! n6 E5 t4 e' ?, ^

电源是具有闭路负反馈的专用放大器；其反馈回路的路径和特性会对功率放大器的性能造成不利影响
) O: b1 h( K0 K0 G
但是当你使用遥测功能时，可以将回路延伸至更宽广的环境中，不仅能拾取噪声(以回路而言，它算是不错的「天线」)，还可以为路径增加更多阻抗。现在，它处于一个稍微稳定的状态。因此，遥测功能应该能最大限度地减少IR压降效应，但也会引发各种问题。

因此，现在问题改变了：如何处理这种噪声和振荡？显而易见的解决方案是在遥测导线上增加滤波功能，以衰减噪声拾取，并可能切换到隔离线。但是，至于什么才会起作用，一切都非常微妙，而且还完全取决于噪声而实现。此外，在遥测回路添加滤波功能，也会对回路动态产生其他效应。

6 v) l: l/ O' o1 u最后，我们做了一开始就应该做的事情：尽量减少IR压降。我们增加了一些PC电路板的支座型母线(幸好边缘附近还有空间)，并且在电源和系统的更远部份之间添加了一些电线，而非完全依靠pcb走线作为实体DC轨。当DC轨稳定后，IR压降大幅下降，而且一切都很顺利。
8 f! A3 M1 a8 X. {, r( Y8 D
$ [  C) |! ~2 i5 `0 x但我们清楚地学到的经验教训是：出于善意提供的功能(此处是指电源供货商的遥测功能)在某些情况下也会适得其反，特别是未经仔细考虑后果的情况下采用。这实际上是我们学到的第二课。第一课是进行一些基本的IR压降计算(这些计算并不难)，然后在系统规划中添加一些余量。如果IR压降使您的设计处于「灰色区域」或更糟，请使用更宽的PC电路板走线、更厚的铜线、电线分线盘、独立导线——无论如何都必须要有干净稳定的DC额定电压，同时考虑到电源本身的输出容限。
. {/ @& }: x( T
毕竟，稳定的电源轨是提供一致、可靠性能的基础，只要有任何一丁点「怪异」出现都可能导致各种诡异、间断且难以除错的电路行为。一旦出现了「随机」的工程问题，就算可以依靠方便的功能(例如遥测)来解决问题，也可能让事情变得更糟糕。

& q2 S& n3 Q# B% |
- M2 Q1 Y6 P% U3 g7 \" N

fanichicl

所以一定要细心啊