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电路设计如何控制远程负载的电压

配电系统中的一个常见问题是由于调节器和负载之间的电缆/电线电压降导致失调。导线电阻,电缆长度或负载电流的任何增加都会增加配电线上的电压降,从而增加负载上的实际电压与调节器感知的电压之间的差异。改善长电缆调节的一种方法是通过调节器和负载之间的4线开尔文连接直接测量负载电压。不幸的是,这种解决方案需要将额外的导线布线到负载以及放置在负载附近的开尔文电阻器,当负载无法进行修改时是不切实际的。另一种方法是通过采用大直径导线来降低电压降,从而降低从调节器到负载的电阻。这很简单,但机械上很复杂。增加电缆导体的尺寸会显着增加空间需求和成本。

额外布线的替代方案是使用LT6110电缆/线路补偿器补偿稳压器的电压降,而无需额外的布线/布线调节器和负载。本文先容了LT6110如何通过补偿大范围的稳压器到负载电压降来改善稳压。

LT6110电缆/电线补偿器

图1显示了1线补偿框图。如果远程负载电路不共用调节器的接地,则需要两根电线,一根连接到负载和一根接地返回线。 LT6110高端放大器通过测量检测电阻R SENSE 上的电压V SENSE 来检测负载电流,并输出电流I IOUT 与负载电流成比例,I LOAD 。 I IOUT 可通过R IN 电阻编程,范围为10μA至1mA。通过R FA 反馈电阻吸取I IOUT 来完成电缆/电线压降,V DROP 补偿,以增加稳压器的输出量等于V DROP 。 LT6110电缆/线压降补偿设计很简单:设置I IOUT ?R FA 乘积等于最大电缆/线压降。

电路设计 如何控制远程负载的电压

LT6110包含一个内部20mΩR SENSE ,适用于高达3A的负载电流; I LOAD 大于3A时需要外部R SENSE 。外部R SENSE 可以是检测电阻,电感的直流电阻或PCB走线电阻。除I IOUT 吸取电流外,LT6110 I MON 引脚提供源电流I MON ,以补偿电流参考线性稳压器例如LT3080。

补偿降压稳压器的电缆压降

图2显示了完整的电缆/电线电压降压补偿系统由3.3V,5A降压稳压器和LT6110组成,LT6110可调节通过20英尺18 AWG铜线连接的远程负载的电压。降压调节器的5A输出需要使用外部R SENSE 。

电路设计 如何控制远程负载的电压

最大5A I LOAD 通过140mΩ导线电阻和25mΩR SENSE 产生825mV压降。为了调节负载电压,V LOAD ,对于0A≤I LOAD ≤5A,I IOUT ?R FA 必须等于825mV。有两种设计选项:选择I IOUT 并计算R FA 电阻,或设计稳压器的反馈电阻以获得极低电流并计算R IN 电阻设置I IOUT 。通常,I IOUT 设置为100μA(I IOUT 误差从30μA到300μA为±1%)。在图2电路中,反馈路径电流为6μA(V FB /200k),R FA 电阻为10k,R IN 电阻必须计算设置I IOUT ?R FA = 825mV。

I IOUT = V SENSE /R IN ,I IOUT ?R FA = V DROP

电路设计 如何控制远程负载的电压

对于R FA = 10k,R SENSE =25mΩ且R WIRE =140mΩ,R IN = 1.5k。

没有电缆/线路压降补偿负载电压的最大变化,ΔV LOAD ,为700mV(5?140mΩ),或3.3V输出的误差为21.2%。 LT6110在25°C时将ΔV LOAD 降低至仅50mV,或者误差为1.5%。这是负载调节的一个数量级改进。

精确负载调节

使用LT6110进行负载调节的适度改善不需要精确的R WIRE 估算。负载调节误差是两个误差的乘积:由于电线/电缆电阻引起的误差和由于LT6110补偿电路引起的误差。例如,使用图2电路,即使R SENSE 和R WIRE 计算误差为25%,LT6110仍会降低V LOAD 误差为6.25%。

为了精确调节负载,需要准确估算电源和负载之间的电阻。如果R WIRE ,R SENSE 以及电缆连接器和PCB走线与电线串联的电阻得到精确估算,那么LT6110可以补偿宽范围的电压

使用LT6110,精确的R WIRE 估计和精度R SENSE ,ΔV LOAD 补偿误差可以减少,以匹配调节器在任何长度的电线上的电压误差。

结论

LT6110电缆/线压降补偿器改善了远程负载的电压调节,其中大电流,长电缆和电阻会显着影响调节。无需添加感应线,购买开尔文电阻,使用更多铜线或实施负载点调节器 - 其他解决方案的常见缺点,即可实现精确调节。相比之下,补偿器解决方案需要的空间很小,同时最大限度地降低了设计复杂性和元件成本。

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