關于輸出可調電路的電源設計要點

朱嘉鍵

摘 要：隨著電器的豐富，用電場所的增加，常規的輸出電壓已不滿足多樣化使用場景的要求。特別當用電設備與供電設備距離較遠時，途中導線帶來的電壓降無法忽略，它會降低負載的實際供電電壓，影響用電質量。為了兼顧所有用電者，輸出可調的電源應運而生。

關鍵詞：輸出可調；電源；可靠性；電壓調整；電路對比

1 常見方式

目前，常規的可調電源是在電壓采樣回路中，用阻值可調的電阻代替穩定阻值的電阻，實現輸出電壓可調的功能。在可調電壓設置上，一般遵循“上偏范圍≥下偏范圍”的策略。畢竟電壓高了，后端可以通過走線等方式把電壓降下來。但電壓低了就真的低了，巧婦難為無米之炊。

一般的電壓采樣電路，將電阻換成可調電阻，有以下兩種方式，均可實現輸出電壓調整的功能。

1.1 當可調電阻放低端時

可調電阻的變化影響采樣電流，繼而影響輸出電壓，參數計算設計稍復雜，且阻值較大，選型麻煩。可調電阻的變化會影響采樣電流，為確保調整率性能，我們一般設置采樣電流比流入TL431參考腳的電流大100倍，實現性能可控。

1.2 當可調電阻放高端時

可調電阻變化直接影響輸出電壓，參數設計較直觀，斜率變化小。但由于高端電阻參與產品環路調整，在調整輸出電壓時，會讓產品的環路增益和相位裕量變化。而這兩者的變化是非線性的，會增加了產品的不確定性。同時，當輸出端產生過電壓擾動時，高端的可調電阻將承受部分應力，長此以往會降低可調電阻的可靠性，影響產品壽命。因此，我們放在高端的電阻封裝一般在0805或以上，低端的電阻封裝在0603或以下。

2 電路對比

以24 V輸出為例，圖3a為采樣電路參數相近情況下，兩者的變化斜率對比圖。明顯看出可調電阻放低端時，輸出電壓受阻值變化影響較大，且斜率單調變化。可調電阻放高端時，輸出電壓受阻值變化影響較小，斜率幾乎不變。若高端的電路想實現如此寬的電壓變化，需同時減小采樣電路阻值，結果如圖3b所示。

綜上所述，由于高端設計會引起產品可靠性問題，并使環路設計難度加大，故一般設計都把可調電阻設計在低端。

3 電路優化及優勢

然而，這兩種電路雖然簡單，但是在可調電阻異常斷路后，電源系統將開環，輸出電壓無限制上升，造成后端產品的過電壓損壞。對此，需要額外增加輸出過壓保護限制。同時，由于機械式可調電阻受溫度影響大，高低溫下器件的熱脹冷縮會讓觸點偏移，導致輸出電壓波動，造成電壓溫飄問題。若不對可調電阻加以限制，電阻阻值的溫飄將影響輸出電壓，嚴重的將掉出電壓精度。前述圖1和圖2中低端的R71、R71B，高端的R72為其中一種串聯限制方式。

除了串聯以外，并聯也是一種可降低電阻阻值溫飄影響的方式。但在使用低端電路控制時，一般不會將可調電阻直接并聯在TL431參考腳與地兩端，否則當可調電阻阻值在零附近變化時，輸出電壓將呈指數上升，難以控制。因此，優化后使用圖4串并聯的限制方式。這一電路還能確保無論可調電阻短路還是斷路，其輸出電壓均可以由其他電阻鉗位控制，不至于產生產品開環和電壓持續上升的問題。

雖然該電路可靠性更高，但因為引入了三個未知數，需額外設定一個條件，會使計算更加復雜，可以擬制參數計算表，實現一勞永逸。在規定可調上下限后，產品輸出電壓總體的變化趨勢如圖5所示，可見圖1與圖4變化規律類似，均呈現斜率逐漸變化的趨勢。但是圖4與圖1相比，前半段變化更急，后半段變化更緩。可利用此規律，將額定電壓設置在可調電阻阻值后半段區域，降低可調電阻溫飄的影響。

除了降低溫飄影響以外，巧妙利用該規律還可提升用戶使用滿意度和生產效率。對于大部分使用者來說，最常使用的還是額定電壓值，如果此處斜率變化過大，就會出現使用者稍微用力調整旋鈕，產品輸出電壓就變化很大的情況，需要使用者反復調整至所需電壓值，不便于使用。而在生產上同理，若輸出電壓的變化比自動調壓的機器還靈敏，則需要人工介入調整，否則機器將一直在循環做無用功，降低生產效率。

4 小結

可調電路雖設計簡單，但通過多種變化，可滿足不同的要求，實現生產效益的最大化。目前，金升陽的15-75 W的開關電源LM系列、LOF225-20Bxx等產品均使用該電路方案。我們秉承著把難題留給自己，把便利留給客戶的精神，不斷創新，持續優化，為客戶提供更優質的產品。