深度探究:电源基准电路的测试方案与应用案例

出处:网络时间:2025-05-07

  在电子电路设计与应用中,电源基准电路起着至关重要的作用,它为整个电路提供稳定、的参考电压。不同类型的电压基准源在性能、应用场景和成本等方面存在差异,因此对电源基准电路进行准确测试显得尤为关键。
  测试说明
  电压基准源主要分为并联型和串联稳压型。并联型基准利用半导体结的正负温度特性,通过设计特定的间隙电压,使其温度系数。常见的间隙电压有 2.5V、1.24V、1.225V 等。其中,2.5V 推荐使用 AZ431& HA17431H2.5V - 1% - SOT - 23;1.24V 主要使用 AZ431L& LMV431 1.24V - 0.5% - SOT - 23;1.225V 主要采用 LM4041& TS40411.225 - 0.5% - SOT - 23。
  串联稳压型基准的结构与电压调整器类似,内部通常需要一个基准源,并配备外部高精度的反馈网络。由于一般采用特殊工艺,其制程复杂,价格较高,但能实现高精度和低温度系数,主要应用于对精度和温漂要求较高的场合。串联型基准主要采用 2.5V 和 2.048V 基准,SOT - 23 封装在未来 3 - 5 年内仍将是主流封装形式。推荐使用 ADR380& MAX60212.5V (2.048V) - 0.24% - SOT - 23 - 25ppm/C Max 基准电路。

  在不同的单板应用中,对电压基准的要求有所不同。例如,某些单板(如 SCU)受成本限制,具备电压基准软件校准功能,可使用精度较低的芯片。具体要求如下:

  误差范围:基准电压应根据模拟量测量精度要求调节其允许误差范围,同时参考基准源的精度。若无特殊说明,直流电压基准输出误差应小于 1%。对于具备软件校准电压基准功能的电路,电压基准输出误差可适当放宽至 5% 以内。
  稳定性:基准电压应保持稳定,使用示波器测量电压基准输出波形时,不应出现低频振荡现象。
  抗扰性:基准电压应具备一定的抗干扰能力,以防止外部干扰导致基准变化。在整个工作电压范围内,输出误差应小于 1%。
  测试方法
  额定输入电压测试:在额定输入电压下,使用万用表测试基准电压输出点的电压,判断其是否在误差允许范围内。
  低频振荡测试:在单板要求的工作电压范围内变化,使用示波器测试基准电压输出是否存在低频振荡现象。低频振荡的波形示例如下:

  工作电压范围测试:在单板要求的工作电压范围内变化,测试基准输出电压。
  判定标准
  符合上述测试说明的电源基准电路为合格,否则判定为不合格。
  参考
  比较基准电压不准问题
  在 EV2000 - 220KW 变频器初样功能板调测时,发现 3.15V 过流比较基准输出严重偏离设计值且正负不对称。该 3.15V 基准由 TL431 加运放形成,初样设计中运放 U2 为 LM358,其对电源纹波的抑制能力较差。±15V 电源由开关频率约为 40kHz 的单端反激型电源提供,其中 +15V 为主反馈绕组, - 15V 为简单的二极管加电容形成整流滤波得到,导致 - 15V 纹波较大。为确定是否 - 15V 电压纹波引起运放输入偏离设计值,断开反激电源的 - 15V 整流二极管,外用直流稳压电源对单板施加 - 15V 电源,结果 LM358 的输出很稳定。这表明 LM358 输出的纹波和正负基准的不对称性是由 - 15V 的纹波电压引起。在不改变电路结构的情况下,将 LM358 更换为电源纹波抑制能力强的运放 TL082 后,电路满足设计要求。因此,在电源纹波电压较大且要求运放输出精度较高的场合,应选用对电源纹波抑制能力强且频率响应快的运放。
  基准震荡问题
  【问题描述】基准电源部分中输出的电压 bref、vref 和 iref 的纹波电压过大,未满足单板测试规范 < 1% 的指标,其中 BREF 波形严重变形。
  【原因分析】基准源的容性负载问题容易引起震荡。器件资料中描述了带容性负载的稳定性边界条件,在 A、B 线以下的区域为易震荡区域。
  【解决措施】431 基准电路的输出端加了 0.1UF 的电容 C239,该电容引起了基准震荡。通过将 0.1uf 滤波电容去掉,降低电容取值至 0.01uf,使其远离震荡的边界。

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