如何使用LTpowerCAD电阻分压器工具提高电源输出调节精度

作者：Jose SanBuenaventura和Henry Zhang

本文将演示如何为设计选择合适的电源容差。具体而言，LTpowerCAD电阻分压器工具箱将用于展示如何使用元件容差并估计输出电压中的相应误差。有了这些信息，设计人员就可以正确决定其应用允许的公差。

介绍

几乎可以在任何电路中找到电源。从无线电收发器到微处理器、FPGA 和放大器，电源模块存在于某个地方是保证的，这使得电源模块成为任何模拟或数字电路的重要组成部分。

与任何其他组件一样，电源有多种形状和形式。不同的架构，如线性稳压器或开关模式稳压器具有优点和缺点，使得一种架构在某些应用中优于另一种。在所有这些架构中，一个共同点是输出通常由外部部件（尤其是反馈电阻）的组合决定。

在仿真工具的帮助下，可以设计出符合必要规格的电源，并提出满足这些规格的组件值。尽管仿真结果显示出希望，但在现实生活中存在局限性。一个常见的例子是组件公差。实际上，电阻器或电容器等元件的额定值会有所不同，这种差异就是公差所描述的。由57 kΩ和23 kΩ电阻组成的模拟电阻组合输出5 V信号，与57 kΩ和23 kΩ的实际组合不同，因为元件会有所不同。除了IC固有误差外，这种容差还会影响直流输出电压的精度。

稳压器输出计算

ADI公司的许多稳压器IC都有一个输出反馈引脚（FB或ADJ引脚）。因此，输出电压可以用一对外部电阻器R来设置。返回页首和 R机器人，其中 R返回页首连接到 V外和 FB 引脚，以及 R机器人连接FB引脚和IC信号接地引脚。通常，标准IC数据手册公式为：

其中 V裁判IC内部基准电压作为反馈误差放大器的内部输入。我们以LT3062线性稳压器的输出电压公式为例。图1显示了其计算输出电压。

图1.LT3062 的输出电压。

使用内部生成且假定为准确的基准电压源 （V裁判= LT3062的0.6 V）输出电压分压器反馈网络（R1和R2）决定了IC调节的电压电平。在LT3062公式中，还有一个来自I调整后，则从ADJ引脚流出的意外偏置电流。其典型值为 15 nA，但可高达 60 nA，如电气特性 （EC） 表所示，并且可能导致额外的 V外调节错误。

V外（五）	R1 （千兆安电阻）	R2 （千Ω）
1.2	118	118
1.5	121	182
1.8	124	249
2.5	115	365
3	124	499
3.3	124	562
5	115	845
12	124	2370
15	124	3010

如果使用R1和R2的1%容差，电阻分压器引起的总Vo误差是多少（1%还是2%）？我们应该在应用中使用0.5%还是0.1%的电阻？输出电压可能需要一定水平的精度，选择合适的电阻起着关键作用。如果用容差较高的电阻器可以达到目标误差，则可能不希望使用容差非常低的电阻器（这可能非常昂贵）。

LTpowerCAD电阻分压器工具

为了帮助设计，LTpowerCAD电阻分压器工具®可以使用。LTpowerCAD是一个完整的电源设计程序，配备了一个设计资产工具箱，包括电阻分压器设计工具。电阻分压器工具接受输入，例如所需的输出电压电平V外和稳压器的电压基准 V裁判（ADJ引脚或FB引脚电压），然后根据所选容差推荐市售的标准电阻值，以达到所需的电压。使用此工具估计两个误差：1） 由标准分立标准电阻值引起的误差。注意：对于给定的 V外和 V裁判，该工具会自动选择最佳匹配对标准电阻值以最小化此误差，因此实际V外最接近目标值。2） 给定 V 的电阻容差引起的误差外和 V裁判组合。事实上，对于一对精度为1%的电阻分压器，有效分压器容差成为分压器比的函数，范围为1%至2%。LTpowerCAD电阻分压器工具将这两个误差相加，得出总R分压器容差。这使得工程师可以轻松查看总误差，从而决定满足最终目标所需的电阻容差水平（0.1%、0.5%、1%或2%）。

图2.打开LTpowerCAD工具箱中的电阻分压器工具。

图3.LTpowerCAD电阻分压器工具：电阻对推荐。

该工具还具有在给定其他电阻（用户输入）时求解顶部或底部电阻值的功能，同时还考虑目标或允许的元件容差。

除了电阻值建议外，该工具还显示了与元件容差相关的误差计算，相对于理想和实际V。外.

利用这些参数，设计人员可以在给定所选元件容差的情况下了解预期的电压范围，并评估其是否符合目标应用。

最后，该工具还具有查找任何给定值的标准值电阻器的功能，以帮助简化元件搜索。

其他错误和注意事项

需要指出的是，该电阻分压器工具仅通过电阻分压器估计直流误差。它不包括其他直流误差，这些误差应与总电源V的电阻分压器误差相加外调节精度。这些附加误差包括：1） IC内部基准电压源V裁判误差，典型范围为0.5%至1.5%，可在IC数据手册EC表中找到;2）电源线路和负载调整率错误，也可以在IC EC表上找到;3） ADJ 或 FB 引脚漏电流误差 （如 LT3062 示例所示），R 较低机器人希望减少此错误的值;4）本地IC与远程负载器件之间的PCB电阻等引起的附加误差。在设计电源时，在估算总误差时应考虑所有这些误差。

此外，高精度电子系统还可能对总电源输出电压容差有严格的要求，包括直流误差和交流纹波。例如，许多高电流ASIC和FPGA需要±2%或±3%的总容差窗口，包括直流误差和交流纹波。为了满足这一严格的要求，电源必须设计为具有快速瞬态响应，并具有大容量输出电容以最小化V外快速负载阶跃瞬变期间的纹波。在这种情况下，选择具有紧密V的IC至关重要裁判宽容。高电流轨需要具有远程电压检测功能的稳压器。此外，输出电容器节省的空间和成本将远远大于使用0.5%甚至0.1%电阻的小成本增加。使用集成模块也很有帮助，例如ADI LTM 系列μ模块稳压器®，指定总直流调节容差（包括 V裁判、线路和负载调整率误差）的完整高性能电源解决方案。

图4.LTpowerCAD电阻分压器工具：R返回页首或 R底求解。

图5.LTpowerCAD电阻分压器工具：电压误差计算。

图6.LTpowerCAD电阻分压器工具：标准电阻查找器。

结论

根据目标应用，一定级别的电源 V外公差是必需的。几毫伏的误差可能是不同系统中的一个关键方面，因此必须满足适当的设计考虑。

影响调压阀精度的一个外部可控因素是元件公差。使用容差为 0.5% 的电阻器与容差为 2% 的电阻器之间的差异可能会对系统性能产生重大影响，而选择正确的元件可降低出错的可能性。选择正确的组件还有助于最大限度地降低成本并提高可靠性，因为更换组件的需求将被最小化或消除。

使用 LTpowerCAD 电阻分压器工具，工程师可以观察元件容差对其电源设计的影响。通过最初选择目标输出电压和基准引脚电压，设计人员可以：（1） 获得目标电压的最佳匹配标准电阻对，（2） 求解顶部或底部电阻，以及 （3） 由于 R 分压器容差而实现所需的电压误差范围。

凭借给定的特性，加上标准的电阻分压器查找器，电阻分压器工具被证明对电源设计很有帮助。它特别可以帮助电源设计初学者的工程师熟悉它。使用此工具，工程师可以设计出符合预期应用所需规格的电源，并确保为不同系统模块提供最佳性能和功率。

审核编辑：郭婷