输出可调电源的设计思路

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一、引言
# R( p1 \4 f8 p) {- S    随着电器的丰富，用电场所的增加，常规的输出电压已不满足多样化使用场景的要求。特别当用电设备与供电设备距离较远时，途中导线带来的电压降无法忽略，它会降低负载的实际供电电压，影响用电质量。为了兼顾所有用电者，输出可调的电源应运而生。
4 Z7 ?) O' i# D8 Y    二、常见方式
8 `5 H" Y) e! z. p% F    目前，常规的可调电源是将电压采样回路中，用阻值可调的电阻代替稳定阻值的电阻，实现输出电压可调的功能。在可调电压设置上，一般遵循“上偏范围≥下偏范围”的策略。毕竟电压高了，后端可以通过走线等方式把电压降下来。但电压低了就真的低了，巧妇难为无米之炊。
    一般的电压采样电路，将电阻换成可调电阻，有以下两种方式，均可实现输出电压调整的功能。
    （1）当可调电阻放低端时
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    可调电阻的变化影响采样电流，继而影响输出电压，参数计算设计稍复杂，且阻值较大，选型麻烦。可调电阻的变化会影响采样电流，为确保调整率性能，我们一般设置采样电流比流入TL431参考脚的电流大100倍，实现性能可控。

    （2）当可调电阻放高端时

    可调电阻变化直接影响输出电压，参数设计较直观，斜率变化小。但由于高端电阻参与产品环路调整，在调整输出电压时，会让产品的环路增益和相位裕量变化。而这两者的变化是非线性的，会增加了产品的不确定性。同时，当输出端产生过电压扰动时，高端的可调电阻将承受部分应力，长期以往会降低可调电阻的可靠性，影响产品寿命。因此，我们放在高端的电阻封装一般在0805或以上，低端的电阻封装在0603或以下。

    三、电路对比
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    以24V输出为例，图3a为采样电路参数相近情况下，两者的变化斜率对比图。明显看出可调电阻放低端时，输出电压受阻值变化影响较大，且斜率单调变化。可调电阻放高端时，输出电压受阻值变化影响较小，斜率几乎不变。若高端的电路想实现如此宽的电压变化，需同时减小采样电路阻值，结果如图3b所示。

    综上所述，由于高端设计会引起产品可靠性问题，并使环路设计难度加大，故一般设计都把可调电阻设计在低端。
    四、电路优化及优势
    然而，这两种电路虽然简单，但是在可调电阻异常断路后，产品将开环，输出电压无限制上升，造成后端产品的过电压损坏。对此，需要额外增加输出过压保护限制。同时，由于机械式可调电阻受温度影响大，高低温下器件的热胀冷缩会让触点偏移，导致输出电压波动，造成电压温飘问题。若不对可调电阻加以限制，电阻阻值的温飘将影响输出电压，严重的将掉出电压精度。以上低端的R71、R71B，高端的R72为其中一种串联限制方式。
    除了串联以外，并联也是一种可降低电阻阻值温飘影响的方式。但在使用低端电路控制时，一般不会将可调电阻直接并联在TL431参考脚与地两端，否则当可调电阻阻值在零附近变化时，输出电压将呈指数上升，难以控制。因此，优化后使用图4串并联的限制方式。这一电路还能确保，无论可调电阻短路还是断路，其输出电压均可以由其他电阻钳位控制，不至于产生产品开环，电压持续上升的问题。

  l5 m# {3 M0 W5 y7 L    虽然该电路可靠性更高，但因为引入了三个未知数，需额外设定一个条件，会使计算更加复杂，可以拟制参数计算表，实现一劳永逸。在规定可调上下限后，产品输出电压总体的变化趋势如图5所示，可见图1与图4变化规律类似，均呈现斜率逐渐变化的趋势。但是图4与图1相比，前半段变化更急，后半段变化更缓。可利用此规律，将额定电压设置在可调电阻阻值后半段区域，降低可调电阻温飘的影响。
0 x: i: K7 j6 N- @: \; R% F% x+ X( b! g    除了降低温飘影响以外，巧妙利用该规律还可提升用户使用满意度和生产效率。对于大部分使用者来说，常使用的还是额定电压值，如果此处斜率变化过大，就会出现使用者稍微用力调整旋钮，产品输出电压就变化很大的情况，需要使用者反复调整至所需电压值，不便于使用。而在生产上同理，若输出电压的变化比自动调压的机器还灵敏，则需要人工介入调整，否则机器将一直在循环做无用功，降低生产效率。
4 x4 W. F* t" t) l& m7 v# x    五、小结
    可调电路虽设计简单，但通过多种变化，可满足不同的要求，实现生产效益的化。目前，金升阳的15-75W的开关电源LM系列、LOF225-20Bxx等产品均使用该电路方案。我们秉承着把难题留给自己，把便利留给客户的精神，不断创新，持续优化，为客户提供更优质的产品。

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可调电阻的变化影响采样电流，继而影响输出电压，选型比较麻烦。

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可调电路设计虽然比较简单，可以根据不同的需求实现生产效益的化。