Không có bộ nguồn chuyển mạch nào hoàn toàn chính xác; nhiều dung sai khác nhau ảnh hưởng đến độ chính xác của việc điều chỉnh điện áp đầu ra. Bài viết này giải thích các nguồn gốc của những sai số này và trình bày cách xác định tất cả các phạm vi dung sai.

Giới thiệu

Bộ nguồn chuyển mạch có một vòng phản hồi cho phép thiết lập điện áp đầu ra. Điện áp này được điều khiển bởi mạch nguồn. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là: điện áp đó được điều khiển chính xác đến mức nào?

Hình 1 thể hiện mạch nguồn chuyển mạch dựa trên nguyên lý giảm điện áp.

Điện áp đầu vào có sẵn, thường không được điều chỉnh, được sử dụng để tạo ra điện áp đầu ra, sau đó được điều khiển với độ chính xác cao nhất.

Độ chính xác của điện áp đầu ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố và dung sai.

Sai số dòng điện một chiều

Sai lệch điều chỉnh DC bao gồm độ chính xác của điện áp tham chiếu có trong bộ chuyển đổi điện áp (Hình 1), được thiết kế bởi nhà thiết kế mạch tích hợp và có những sai lệch nhỏ trong phạm vi điện áp nguồn, dung sai sản xuất của mạch tích hợp và nhiệt độ hoạt động. Các dung sai hiện có được quy định trong bảng dữ liệu của mạch tích hợp. Chúng có thể được thể hiện theo nhiều cách, chẳng hạn như điện áp tham chiếu được điều chỉnh bởi lưới, điện áp đầu ra được điều chỉnh bởi tải và điện áp phản hồi được điều chỉnh. Ngoài độ chính xác của điện áp tham chiếu thuần túy, giá trị sau này cũng bao gồm độ lệch DC cụ thể của mạch tích hợp tại đầu cuối phản hồi.

Sai số DC cũng bao gồm độ lệch của điện trở chia điện áp giữa điện áp đầu ra được điều khiển và đầu cực phản hồi (Rfb1 và Rfb2 trong Hình 1). Các điện trở này có nhiều mức sai số khác nhau. Thông thường, điện trở sẽ có giá trị điện trở gần với mức sai số tối đa được ghi rõ. Các điện trở tốt hơn với sai số nhỏ hơn được phát hiện trong quá trình sản xuất và thường được bán dưới dạng các điện trở chính xác hơn.

gợn sóng điện áp đầu ra

Trong các bộ nguồn chuyển mạch, điện áp đầu ra được điều chỉnh luôn có gợn sóng. Gợn sóng này phụ thuộc vào sự tăng giảm của dòng điện cuộn cảm trong mạch điều chỉnh buck, giá trị của tụ điện đầu ra và điện trở nối tiếp tương đương (ESR). Có thể giảm gợn sóng bằng cách sử dụng cuộn cảm có độ tự cảm cao và tụ điện đầu ra lớn với ESR thấp, nhưng điều này không thể ngăn chặn hoàn toàn gợn sóng trong các bộ nguồn chuyển mạch.

Tải thay đổi

Yếu tố thứ ba ảnh hưởng đến độ chính xác của điện áp tạo ra là sự biến đổi của nó trong quá trình thay đổi tải. Nếu dòng điện tải thay đổi, điện áp tạo ra có thể tăng hoặc giảm. Biên độ thay đổi tải càng lớn và tốc độ thay đổi càng nhanh, độ lệch ngắn hạn của điện áp đầu ra so với giá trị đặt càng lớn.

Để giảm thiểu tác động của điều này đến sự sai lệch điện áp tạo ra, tốc độ của mạch điều khiển phải cao. Một công cụ giúp tối ưu hóa các mạch chuyển đổi nguồn là LTpowerCAD® ^của   Analog Devices.

Hình 2 thể hiện sự thay đổi tải của LT8642S. Dòng điện tải tăng từ 100 mA lên 5 A trong vòng 500 ns và giảm nhanh trở lại sau 250 μs. Điện áp đỉnh xấp xỉ 27,5 mV và điện áp cực tiểu xấp xỉ 26,4 mV.

Sự thay đổi tải tức thời được đo bằng thiết bị LTpowerAnalyzer của Analog Devices. Với phần cứng này, sự thay đổi tải tức thời có thể dễ dàng được đo ở nhiều mức dòng điện khác nhau và thời gian chuyển đổi khác nhau.

Hình 3 minh họa các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến sai số của bộ nguồn chuyển mạch.

Bản tóm tắt

Khi lựa chọn mạch nguồn, điều quan trọng là phải xem xét độ chính xác điện áp cần thiết cho ứng dụng cụ thể. Điều này rất cần thiết trong việc lựa chọn các linh kiện như IC chuyển đổi nguồn và bộ chia điện áp để đảm bảo độ chính xác DC, cũng như cuộn cảm và tụ điện đầu ra để chịu được điện áp đột biến và ảnh hưởng của sự thay đổi tải. Cuối cùng, mạch điều khiển phải được tối ưu hóa để xử lý sự thay đổi tải tốt nhất có thể, chẳng hạn như sử dụng mức bù điện áp thấp nhất có thể.