十分见问题第190期：可调式直流高压电源兼顾精密度和精确性，合适感应器偏置运用

来源于：生产商供稿?创作者：ADI企业? 2022-01-04 11:37 ? 次阅读文章 ? 个评价

创作者：AD企业???Lionel Wallace，当场应用工程师?｜??Jason Fischer，应用工程师?｜?Ben Douts，现场应用工程师

问题：

是否有一种简易的方法来建立合适感应器偏置运用的直流高压电源？

回答：

自然，只需应用集成化高精密意见反馈电阻器的IC。

介绍

给予高精密导出的可调式直流高压电源难以搭建。時间、溫度和生产过程中的差别等产生的飘移通常都是会造成偏差。传统式上用以意见反馈的感性负载互联网是普遍偏差源。文中明确提出一种运用电子器件(IC)意见反馈途径的新奇设计方案。此电源电路用以感应器偏置运用，与利用电阻网络给予意见反馈的设计方案对比，精密度更高一些，飘移更低，更为灵便，乃至还能节约成本。

图1表明了搭建可调式髙压偏置电源电路的传统式方式。DAC用以造成操纵工作电压，运放电路用以给予收获。图1中的电源电路给予~0 V至110 V的导出，操纵工作电压范畴为0 V至5 V。

因为髙压感应器经常具备非常高的负载，因而一般应用电阻器(R2)来将运放电路导出与负荷防护，防止潜在性的可靠性问题。
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图1.髙压可调式偏置电源电路的传统式方式

在某种情形下，这种电源电路工作中得很好。当必须更多的精密度或更一致的长期性特性时，运用IC完成意见反馈是有益健康的。

IC意见反馈完成

图2所显示电源电路的配备考虑到了下列设计方案总体目标：

操纵工作电压：0 V至5 V 导出电压可调范畴：~0 V至110 V 导出电流量 > 10 mA 原始精密度：±0.1%（典型值） 不用外界精密电阻

图2中的电源电路关键由三部份构成：操纵工作电压、积分器和意见反馈途径。以上文上述，意见反馈由电子器件而不是电阻网络给予。

操纵工作电压键入范畴为0 V至5 V。22倍电源电路收获给予从~0V (0 V×22)到110 V (5 V×22)的导出偏置电压。为了更好地造成操纵工作电压，挑选AD5683R。AD5683R是一款内嵌2 ppm/°C标准电压源的16位nanoDAC?。挑选5 V导出范畴，使电源电路能以~1.68 mV步进电机给予从~0 V到110 V的偏置电压。

积分器挑选LTC6090。LTC6090是一款髙压运放电路，可以给予轨到轨导出和皮安级键入偏置电流量。低键入偏置电流量针对完成需要的高精密尤为重要。除此之外，LTC6090给予的开环增益典型值超过140 dB，因而比较有限环城路收获造成的系统偏差大大的减少。?

LTC6090将意见反馈工作电压与操纵工作电压开展较为，并将误差（即偏差）積分，进而将导出(VBIAS)调节到需要的额定值。由R1和C1产生的稳态值设置積分時间，这不容易危害放大仪精密度，因而不用高精密元器件。为开展检测，负荷模型为11 kΩ电阻器与2.2μF电容器并接。
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图2.~0 V至110 V偏置的LTspice?电路原理图

图3.LT1997-2设计工具的屏幕截屏，损耗?= 22

LT1997-2差动保护放大仪为意见反馈环城路给予22倍（收获?= 0.4545...）的损耗。完成22倍损耗需要的联接可以根据LTC1997-2在线计算器轻轻松松明确。该设备的屏幕截屏如下图3所显示。

LT1997-2非常灵活，适用普遍的收获/损耗组成。数据信息指南中给予了实例，评定板根据漏线可选设定适用很多收获组成。

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图4.LT1997-2评定板（收获根据漏线和额外输电线设定）

检测设定

电源电路在LTspice中模型并满足设计方案总体目标。应用下列评定板来协助开展硬件测试：

EVAL-AD5683R：AD5683R DAC评定板 DC1979A：LTC6090 140 V轨到轨导出运放电路评定板（经改动以用以检测） DC2551A-B：LT1997可配备高精密放大仪演试板（经改动以用以检测） DC2275A：LT8331升压器演试板，10 V ≤ VIN?≤ 48 V，120 VOUT，电流量最大80 mA DC2354A：LTC7149降血压器演试板，配备为负VOUT；3.5 V ≤ VIN?≤ 55 V；VOUT?= –3.3 V/–5 V/可调式至-56 V，最大4 A

造成操纵工作电压

运用AD5683R评定板设定电源电路的操纵工作电压。该板根据USB端口号联接到运作ADI企业ACE（剖析、操纵、评定）手机软件的笔记本。ACE给予了一个简便的GUI来配备AD5683R并设定DAC输出电压。输出电压给予髙压偏置导出的额定值。
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图5.检测配备框架图

图6.AD5683R评定板的ACE页面截屏

直流电精密度

表1和图7中的精确测量在24°C工作温度下应用Keysight 34460A DMM开展的。AD5683R评定板的导出校正到四个小数位，并根据ADI企业的ACE手机软件开展操纵。这种結果来源于一组线路板，不意味着最少/较大规格型号。

表1.评测输出电压与预估输出电压

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图7.输出电压偏差与偏置电压的关联

一定要注意，在~40 V导出下列，偏差由电源电路内的放大仪失衡核心。在低偏置电压下，失衡的力度比收获偏差更高。在较高偏置电压下，失衡奉献的偏差百分数较小，收获偏差占主导性。文中后边会给予误差分析和更详细资料。

沟通交流回应

将一个阶跃函数运用于不一样工作电压的操纵键入。精确测量导出和意见反馈工作电压（参照图8至图10）。一定要注意，偏置电压以陡坡方式光滑地变至需要的值。
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图8.阶跃响应（0 V至1 V操纵键入）

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图9.阶跃响应（0 V至2.5 V操纵键入）

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图10.阶跃响应（0 V至5 V操纵键入）

运行波型

观查开关电源和数据信号的运行波型。这也是为了更好地保证不容易将高电压出现意外运用于偏置导出。AD5683R给予从0 V逐渐的操纵工作电压。伴随着电源电压上升，在偏置导出端观查到~3V的小毛边。由于偏置导出的髙压特性，这对检测目地来讲是可以进行的。
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假如要在生产系统中应用该电源电路，提议操纵开关电源时钟频率，促使操纵工作电压最先运用，随后直流高压电源运行。该通电次序将能防止运行全过程中偏置电压导出端发生髙压顶峰对的概率。一款简易的时钟频率控制板（如ADM1186）便足够完成该作用。
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图11.运行波型—开关电源

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图12.运行波型—数据信号

检测设定相片

LTC6090评定板安裝在LT1997-2评定板的底端。检测设定只必须改动这种评定板。DAC和开关电源评定板以库存量配备应用，为简洁考虑不给予表明。

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图13.LT1997-2评定板和安裝在底端的LTC6090评定板

误差分析

大家实行了误差分析。电源电路中的关键偏差源以及典型值和最高值如表2所显示。

经测算，110 V偏置导出时的较大偏差为0.0382%或42 mV，主要包括元器件转变和全温度范围（-40°C至 125°C）内的变化所形成的所有偏差。经测算，110 V偏置导出时的典型性偏差为0.00839%，这与评测結果（0.008%或9 mV）相符合。

有关开关电源的表明

检测期内应用的硬件配置由±5 V、24 V和120 V开关电源配电。下列是有关如何选择这种开关电源轨的一些额外表明：

AD5683R DAC必须5 V开关电源。

为了更好地完成DAC的5 V导出，电源电压很有可能务必稍高于5 V。即使小负荷也很有可能限定较大导出值。相关更多信息，客户程序AD5683R数据信息指南第15页上的图38。

-5 V是因为让LTC6090和LT1997-2能在贴近0V的操纵工作电压键入下工作中。

LTC6090的键入共模范畴以比V-高?3 V为限。 为便捷考虑，应用LTC7149演试板来造成-5 V轨。 LTC7149评定板可以给予最多4 A导出。 电源电路在-5 V时需用的电流量低于25 mA，简易的电荷泵逆变电源就充足了。做为事例，可以考虑到ADP5600。

120 V用以LTC6090的V 。

尽管LTC6090给予轨到轨导出，但在重负荷下，V 必须附加的裕量。

24 V作为LT1997-2的正开关电源。

挑选该工作电压是为了防止Over-The-Top?实际操作。LT1997-2的某种特点在Over-The-Top地区时会劣变。相关更多信息，客户程序LT1997-2数据信息指南的第14页。

表2.输出电压误差分析

* 包含元器件转变和全温度范围
? ? ? ?** 25°C时

IC意见反馈与传统式电阻网络意见反馈的较为

大家来较为图1所显示传统式方式与图2所显示IC意见反馈方式的好多个设计方案指标值。针对此较为，挑选LT1997-2（参照图14）做为意见反馈互联网的IC。一定要注意，LT1997-2中置入了相对高度配对的精密电阻。
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图14.LT1997-2作用框架图

表3.LT1997-2与2个1206公司分立精密电阻的较为（留意：挑选1206是由于其工作标准电压为200 V）

表5.LT1997-2与硅基精密电阻较为

*MAX5490VA10000 ，千片价钱来源于Maxim网址2020年12月的数据信息

LT1997-2IDF#PBF，千片价钱来源于ADI网址2020年12月的数据信息

尽管LT1997-2比2个集成ic电阻器贵得多，但其特性要好很多。与金属膜电阻互联网对比，LT1997-2在规格和成本费层面均有优点。与硅基电阻网络对比，LT1997-2在精密度和工作标准电压层面有优点。除此之外，对比于全部市场竞争解决方法，LT1997-2内集成化不一样阻值是一个优势，在必须的情况下可以根据外界漏线给予收获操作灵活性。

应用集成化精密电阻的IC还有一个很有可能并不是很显然的优势。放大仪的求合结埋在元器件内，未曝露给PCB。因而，这种比较敏感连接点得到免遭影响键入的危害。此外，在很多收获配备中，內部电阻器外收到地或导出，防止了很有可能危害电源电路精密度的泄露途径。泄露途径是较高电压电源电路中的普遍偏差源。相关此话题讨论的其他信息，客户程序LTC6090数据信息指南的第14页。

结果

可调式髙压偏置电源电路传统式上选用运放电路，根据电阻器意见反馈互联网造成高精密导出。尽管这类方式非常容易了解，但完成高精密、可反复的特性很艰难。运用IC而不是电阻网络来给予意见反馈，可以给予更精确、更一致的結果。

作者介绍

Lionel Wallace于2009年添加ADI企业。在ADI公司任职期，他出任过众多工程项目和市场销售职位。Lionel现阶段在阿拉巴马州工作中，出任当场应用工程师。Lionel有着奥本大学电气专业学士学位证书和阿拉巴马大学亨茨希尔校区电气设备工程硕士学位。

Jason Fischer是ADI企业帮助南美洲东部地区营销团队的应用工程师。他承担适用不同产品，关键是工业生产、电信网、诊疗和国防运用的电源开关方式开关电源的原型图和评定。他之前的工作经历包含企业生产管理、电路原理、检测系统软件开发和RF管控检测。Jason于2014年得到宾夕法尼亚州布鲁斯堡高校电子器件工程项目学士学位证书。

Ben Douts是ADI企业在南卡罗来纳州的当场应用工程师。他从业过各个方面工作中，包含测试工程和集成电路设计，重点关注高精密数字集成电路和电池管理。Ben于1998年得到麻省理工大学电气专业学士学位证书。

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