О точности выходного напряжения регулятора
Классическая схема с операционным усилителем и источником опорного сигнала на одном из входов используется для слежения за уровнем постоянного напряжения в выбранной точке схемы и генерации сигнала ошибки на выходе ОУ. При этом напряжение за которым необходимо следить, как правило, выше уровня напряжения источника опорного сигнала, и поэтому подается на другой вход ОУ через резистивный делитель. Принято считать, что точность работы такой схемы определяется разбросом номиналов резисторов делителя и может достигать удвоенного значения точности используемых резисторов, что заставляет разработчиков тратиться на прецизионные резисторы. Однако, как показывает в следующей статье инженер Texas Instruments Роберт Коллман, на деле оказывается все совсем не так плохо и приличная точность работы схемы обеспечивается на практике даже с использованием в делителе типовых 1%-ых резисторов.
ТОЧНОСТЬ ВЫХОДА ВАШЕГО РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ НЕ ТАКАЯ ПЛОХАЯ, КАК МОЖЕТ ПОКАЗАТЬСЯ
Разберемся, как номиналы и точность резисторов влияют на точность устройства в целом
Рабочие напряжения современных схем уменьшаются, что ужесточает требования к регуляторам напряжения. Однако, обеспечить точное напряжение на выходе регулятора может оказаться не такой сложной задачей как кажется на первый взгляд. Даже если вы вынуждены разрабатывать схему с использованием резисторов точностью 1% и более, вы все еще можете обеспечить очень точные значения выходных напряжений.
На Рисунке 1 показана типовая цепь регулировки для источника питания. Напряжение с выхода источника делится и сравнивается с опорным уровнем. Разница усиливается и используется для управления петлей регулирования. На первый взгляд, можно подумать, что эта схема ограничена удвоенной точностью допуска резисторов. К счастью это не так; точность сильно зависит от отношения выходного напряжения (Vout) к опорному напряжению (Vref).
Рисунок 1: Выходная точность является функцией отношения делителя, точности источника опорного сигнала и ошибки смещения усилителя.
Для этого соотношения можно рассмотреть три различных случая:
Первый сценарий – деления совсем нет. Другими словами, выходное напряжение равно напряжению опорного источника. Очевидно, что в этом случае ошибка деления сигнала на резисторах нулевая.
Вторая ситуация возникнет когда выходное напряжение много больше чем напряжение опорного источника. В этом случае, R1 много больше чем R2. Ошибка делителя вдвое больше погрешности резисторов, при условии, что значение сопротивления резистора R1 смещено в одном направлении, а R2 – в другом.
Третий случай легко представить, если принять выходное напряжение ровно вдвое больше опорного сигнала. В этом случае, номиналы резисторов равны. Таким образом, если разброс номиналов резисторов смещен в разном направлении, верхняя часть выражения делителя смещена на значение точности, в то время как смещение знаменателя дроби равно нулю.
На рисунке 2 показана точность выходного сигнала как функция отношения опорного напряжения к выходному сигналу. (Подробный вывод выражения приведен в Приложении ниже). В упрощенном виде точность делителя описывается следующим выражением:
(1 – Vref/Vout) × 2 × Tolerance,
что коррелирует с тремя точками, рассмотренными в примерах выше. Это выражение в какой-то мере упрощено, но все же достаточно точно для большинства разбросов точности резисторов.
Рисунок 2: Выходная точность это просто: (1 – Vref/Vout) × 2 × tolerance (показаны резисторы с разбросом 1%).
Интересно, что точность повышается с уменьшением выходного напряжения. Большая часть микросхем источников опорного напряжения работают в диапазоне от 0.6 до 1.25 Вольта, что позволяет получить точность в один процент или менее, если выходное напряжение попадает в этот диапазон.
В таблице 1 приведена подборка ошибок номинала резистора из спецификации на типовой резистор.
Таблица 1: Разброс резисторов может суммироваться.
Этот список может оказаться слишком сложным для того чтобы его полностью учитывать при разработке. Большинство инженеров останавливаются на начальном разбросе параметров, но в этом списке также находятся некоторые ошибки, которые не следует игнорировать. Каждый из этих элементов по отдельности оказывает небольшое влияние. Например, не указывается диапазон температурного коэффициента, хотя в реальной жизни сопротивления обоих резисторов скорее всего сместятся в одном направлении с изменением температуры и не будут находиться на противоположных крайних случаях. После краткого опроса опытных инженеров-разработчиков, сделан вывод, что 2.5% точность для резистора с заданной однопроцентной точностью обеспечивает разумный компромисс между худшим случаем и доступной ценой.
Подводя итог, обеспечить хорошую точность на низковольтном выходе не будет являться такой уж сложной задачей, поскольку собственная ошибка резистивных делителей с небольшими коэффициентами невысока.
Приложение.
Выразим номинал верхнего резистора в делителе через коэффициент передачи делителя (R):
Перепишем выражение как функцию от разброса номинала резистора (T):
Подставим выражение для R1:
Умножаем числитель и знаменатель на R/R2:
Делим на R и вычитаем единицу, чтобы получить ошибку:
Для случая T<<1:
| Автор | Robert Kollman |
| Оригинальное название | Your regulator's output-voltage accuracy may not be as bad as you think |
| Источник | www.embedded.com |
| Дата публикации | 07/2009 |
| Дата перевода | 01/2010 |
| Версия перевода | 1.0 |
Скачать статью в формате PDF (164 кБ)
Разместить у себя на ресурсе или в ЖЖ:
На любом форуме в своем сообщении:
