電源管理器件精確測量中差分放大電路的應(yīng)用

潘一丁

摘 要：因?yàn)殡娫垂芾砥髌骷哂懈綦x性、安全性和穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，是關(guān)鍵構(gòu)件，得到了諸多電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要對其電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，這兩項(xiàng)參數(shù)對器件的性能有決定性影響?；诖?，本文對電源管理器件精確測量中差分放大電路的應(yīng)用展開分析。

關(guān)鍵詞：電源管理器件;精確測量;差分放大電路;應(yīng)用

現(xiàn)如今隨著科技的發(fā)展，電子設(shè)備得到了人們的廣泛應(yīng)用，是人們生產(chǎn)生活中的重要組成部分。電源管理器件的主要作用為在設(shè)備系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對電能的變換、分配，并且還能夠?qū)ζ渌娔X進(jìn)行檢測和管理，對于電子系統(tǒng)來說具有重要作用，電源管理器件的優(yōu)劣在一定程度上決定著整體設(shè)備的性能。使用差分放大電路實(shí)現(xiàn)對電源管理器件輸出電壓的屏蔽，同時(shí)提高電壓調(diào)整率及負(fù)載調(diào)整率中微小電壓的變化數(shù)值，是測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性提高。

一、電源管理器件的性能指標(biāo)選擇和測試原理

（一）性能指標(biāo)選擇

在電子系統(tǒng)中，電源管理器的作用在于電能的變換、分配及檢測，目前在電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率及輸出功率等指標(biāo)進(jìn)行測試較為廣泛，下面本文對電壓調(diào)整率及負(fù)載調(diào)整率進(jìn)行闡述。

電壓調(diào)整率的基準(zhǔn)為輸入側(cè)的電壓，如果其電壓數(shù)值從最低值提高至最高值時(shí)，對額定電壓中輸出電壓相對變化值所占比進(jìn)行計(jì)算，便能夠得到電壓調(diào)整率的實(shí)際數(shù)值。一般情況下，輸入側(cè)的電壓取值在規(guī)定范圍內(nèi)，輸出電壓為固定值，通過此能夠有效評估表征電源管理器件的穩(wěn)定性呢，并且電壓調(diào)整率的數(shù)值不應(yīng)大于0.1%。將Vo1和Vo2作為兩個(gè)不同輸入電壓下電源管理期間的輸出電壓值，將Vo作為額定輸出值，能夠得出電壓調(diào)整率計(jì)算公式：

負(fù)載調(diào)整率指的是基于輸入電壓為不變的固定值這一條件，當(dāng)負(fù)載數(shù)值由0提高至額定數(shù)值，所體現(xiàn)出的輸出電壓變化情況。一般情況下，在電源管理期間中，電源負(fù)載隨著電源輸出的變化而變化。如果電源負(fù)載數(shù)值提高，那么電源輸出數(shù)值則會(huì)下降，并且負(fù)載調(diào)整率數(shù)值不大于1%。將Vo1和Vo2作為兩個(gè)不同輸出負(fù)載下下電源管理期間的輸出電源值，能夠得出負(fù)載調(diào)整率的計(jì)算公式：

1.2 電源管理器件的常規(guī)測試方法

傳統(tǒng)模式下對于電源管理器件進(jìn)行測試的過程中，需要連接程控電壓源、被測試器件、高精度電壓寶和程控電子負(fù)載，旨在為被測試器件提供電壓，實(shí)現(xiàn)對電源管理器件測量需求的滿足。本文將LM7815作為研究對象，測試其負(fù)載調(diào)整率，其典型輸出電壓源為15V。進(jìn)行測試時(shí)，使用程控電壓源將電壓值施加在被測試器件的輸入端，改變電子負(fù)載的電流值，并且在負(fù)載改變的情況下，使用高精度電壓表合理測試輸出電壓的變化情況[1]。

通常情況下，首先將負(fù)載電流I1=250mA是加到被測試器件的輸出端，使用高精度電壓表對輸出端電壓進(jìn)行測量，可知Vo1=15.004V;之后將負(fù)載電流I2=750mA施加在被測試器件的輸出端，使用高精度電壓表對輸出端電壓進(jìn)行測量，可知Vo2=15V 。將得到的測量結(jié)果應(yīng)用于負(fù)載調(diào)整率的計(jì)算公式中，可知負(fù)載調(diào)整率的具體值為4mV，將該值作為基礎(chǔ)并且假設(shè)電壓表量程=20V。在這一情況下，如果其精度=0.1%，準(zhǔn)確度-20mV，不能對被測量器件4mV的電壓變化情況進(jìn)行測量。如果電壓表精度=0.01%，準(zhǔn)確度=2mV，仍然不能準(zhǔn)確測量電壓變化情況。因?yàn)殡娫垂芾砥骷敵鲭妷赫`差數(shù)值較小，因此通常情況下電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率的主要單位為毫伏和微伏，提高測量精度的主要方法為提高電壓表精度，因此，常規(guī)萬用表并不能達(dá)到這一雪球，但是使用高精度測量儀器可能會(huì)使測量成本額外增加，因此加強(qiáng)電源管理器件測量水平迫在眉睫。

二、電源管理器件精確測量中差分放大電路的應(yīng)用

（一）差分放大電路方案設(shè)計(jì)

在常規(guī)測試過程中，因?yàn)橹绷餍盘柹洗嬖诒粶y量器件的微弱信號，容易導(dǎo)致誤差加大，所以需要測量儀表具有較高的精度值，若想既能保證測量精度，又能夠節(jié)約成本，則需要在電源管理器件精確測量中使用差分放大電路，使用差分測量將被測量期間的額定輸出電壓屏蔽，并且使測量中出現(xiàn)的電壓差放大。對差分放大電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，因?yàn)橹饕菍ξ⑿‰妷旱淖兓闆r進(jìn)行測量，所以對放大器進(jìn)行選擇時(shí)應(yīng)確定其失調(diào)電壓較小，例如常見的OP77、OP07等，將放大器應(yīng)用于差分放大電路的設(shè)置中，放大器的輸入端為被測量器件的輸出電壓Vo，施加的基準(zhǔn)電壓為Vr，使用差分放大電路將被測量器件的輸出電壓抵消，根據(jù)電阻阻值合理調(diào)整放大的倍數(shù)。將對放大器的虛短虛斷特性的運(yùn)算作為前提，詳細(xì)計(jì)算差分放大器輸出電壓，計(jì)算公式如下：

在具體測量過程中，將R1-R4四個(gè)電阻值分別取40KΩ、100KΩ、5KΩ、800KΩ，在公式中代入這些數(shù)值，能夠得到差分放大器輸出電壓計(jì)算公式：

Vm=46Vo-160Vr

因?yàn)閂r是被施加的基準(zhǔn)電壓，因此可將其當(dāng)作差分放大器的輸出電壓，并且在公式中使用兩次提升的負(fù)載電流數(shù)值，便能夠?qū)崿F(xiàn)對差分放大器輸出電壓數(shù)值的測量。如果Vo1為15V，Vm為0;基于Vo2為15.004V，Vm=0.184V，差分電路使4mV電壓擴(kuò)增46倍。上述數(shù)據(jù)是對電壓表量程的設(shè)置，如果將其值設(shè)為1V，這時(shí)如果電壓表精度為0.1%，其準(zhǔn)確度便是1mV，能夠準(zhǔn)確測量被測量器件的微弱信號，并進(jìn)行46倍的放大處理，使電壓表的精度要求下降，這樣測量結(jié)果的準(zhǔn)確率也會(huì)大大提升[2]。

結(jié)語：

本文對差分放大電路的特點(diǎn)以及對于電源管理期間的測量方法展開分析，使用差分放大電路能夠有效放大微小電壓變化數(shù)值，能夠使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，并且對測試儀表沒有較高的精度要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張靜秋.基于Multisim的差動(dòng)放大電路典型應(yīng)用特性研究[J].電子制作，2017，（17）：74-76.

[2]張博，王云娜，孫景業(yè)， 等.一種寬帶可編程增益放大器設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2018，26（20）：119-123.