开关电源通常有一个反馈引脚,用于设置输出电压,该输出电压由电源电路进行调节。然而,电压调节的精度究竟如何呢?以图 1 所示的降压式开关电源为例,它利用一个已有的、通常不稳定的电源电压(输入电压),生成一个经调节后尽可能的输出电压。但实际上,输出电压的精度由多种影响因素和容差决定。

图 1. 降压式开关电源电路结构
首先是直流容差。直流调节偏差包含电压转换器中基准电压的精度偏差。基准电压由集成电路设计者创建,它在电源电压范围、IC 的制造容差和工作温度范围内只有微小的偏差。电压转换器 IC 的数据手册中会给出直流容差,其值可通过多种方式进行规定,比如表示为基准电压线性调整率、输出电压负载调整率和稳定反馈电压。除了纯基准电压的精度外,后者还包括反馈引脚处的其他 IC 特定的直流容差。此外,直流容差还包括稳定输出电压与反馈引脚之间的电阻分压器的电阻值偏差(图 1 中的 Rfb1 和 Rfb2)。这类电阻有多种容差规格可选,通常电阻的容差值接近规定的容差。在生产过程中,容差较小的优质电阻会被筛选出来,作为高精度电阻出售。
其次是输出电压纹波。在开关电源中,调节后的输出电压始终存在一定的电压纹波。这种电压纹波由降压型稳压器的电感电流的波动和输出电容值及其等效串联电阻 (ESR) 决定。通过使用高电感值的线圈和低 ESR 的大输出电容,可以减少电压纹波,但开关电源无法完全消除输出电压纹波。
是负载瞬变。影响所生成电压精度的第三个因素是负载瞬变期间的行为。如果负载电流发生变化,生成的电压可能会向上或向下偏离。负载瞬变的幅度越大,发生得越快,输出电压与设定点的短期偏差就越大。为了尽可能降低此因素对所生成电压的误差的影响,控制回路的速度必须足够快。ADI 公司的 LTpowerCAD? 工具能够优化电源转换器电路的控制回路。

图 2. 使用 LTpowerAnalyzer 在时域中测量负载瞬变
图 2 显示了 LT8642S 的负载瞬变。负载电流在 500 ns 内从 100 mA 提高到 5 A,并在 250 ?s 后又迅速降低。电压峰值约为 27.5 mV,电压谷值约为 26.4 mV。负载瞬变由 ADI 公司的 LTpowerAnalyzer 测量,利用此硬件,可以轻松测量不同电流电平和不同阶跃时间的负载瞬变。

图 3. 影响电源输出电压精度的不同因素
图 3 显示了影响开关电源容差的不同因素。
在选择电源电路时,首先必须确定具体应用所需的电压精度。这一点非常关键,因为它直接影响元器件的选型。例如,如果在乎直流精度,要重点选择电源转换器 IC 和电阻分压器;如果考虑输出电压纹波和负载瞬变,要选择合适的电感和输出电容。