AC/DC電源變換器設(shè)計(jì)工程師使用微調(diào)電位器校準(zhǔn)差模誤差和共模誤差，它們需要由操作人員在生產(chǎn)過(guò)程手工調(diào)整消除失調(diào)誤差和增益誤差。這些誤差是由于非理想元件引起的，例如，電流檢測(cè)電阻器和運(yùn)算放大器。這是是一個(gè)浪費(fèi)成本和浪費(fèi)時(shí)間的調(diào)整過(guò)程，最后仍會(huì)留下誤差。當(dāng)機(jī)械應(yīng)力造成微調(diào)電位器的數(shù)值改變時(shí)，在工作現(xiàn)場(chǎng)也會(huì)出現(xiàn)誤差。新的電源控制集成電路（IC）具有通過(guò)SMBbus總線對(duì)電源進(jìn)行設(shè)置能夠完成這種調(diào)整和校準(zhǔn)的能力?，F(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出自動(dòng)完成這種調(diào)整過(guò)程的軟件校準(zhǔn)程序和接口硬件。本文介紹了一種軟件程序如何與ADM1041 電源控制器IC和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）一起工作來(lái)實(shí)現(xiàn)這種自動(dòng)校準(zhǔn)過(guò)程。它還控制一個(gè)可在校準(zhǔn)期間按需要施加負(fù)載的開(kāi)關(guān)。這樣保證了可靠性、可重復(fù)性、低成本和快速地校準(zhǔn)和調(diào)整，同時(shí)也提高了調(diào)整精度。本文還介紹了如何能夠?qū)⒃撾娫醋儞Q器設(shè)置成具有其系統(tǒng)監(jiān)視功能〔例如，過(guò)流保護(hù)（OCP）〕和故障監(jiān)視功能的完整設(shè)備。圖1示出校準(zhǔn)設(shè)備的框圖。

圖1 . 校準(zhǔn)設(shè)備框圖

共模調(diào)整
當(dāng)使用一個(gè)檢測(cè)電阻器和電流檢測(cè)放大器檢測(cè)高端電流時(shí)，必需進(jìn)行共模調(diào)整。這樣做的目的是使共用總線電壓僅隨負(fù)載電流變化，并且與負(fù)載電壓變化無(wú)關(guān)。

電流檢測(cè)調(diào)整問(wèn)題對(duì)于電源至關(guān)重要。對(duì)精度突出要求是由于在一個(gè)10 mV信號(hào)的系統(tǒng)中必須消除高達(dá)40 mV的共模誤差。按照正確的順序進(jìn)行調(diào)整也很重要。首先需要進(jìn)行共模調(diào)整，以便消除后面共用總線要求的差模調(diào)整引起的誤差。

高端電流檢測(cè)需要一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)以便電流檢測(cè)放大器輸入端提供正常電壓。這種調(diào)整能夠消除外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)以及內(nèi)部電流檢測(cè)放大器引起的誤差。圖2示出一個(gè)理想的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。

圖2. 理想的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)

考慮如果圖2中有一個(gè)電阻器由于1%允許誤差對(duì)輸出端產(chǎn)生誤差的影響。在本例中，這在共用總線輸出端相應(yīng)產(chǎn)生10% 的誤差（見(jiàn)圖3）。產(chǎn)生這樣大的輸出誤差的原因是由于輸入信號(hào)被放大（對(duì)輸出有用的）100倍。因此任何誤差也同樣被放大。

圖3. 非理想電阻器構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)

如果四個(gè)電阻器的阻值全都不精確會(huì)使問(wèn)題擴(kuò)大。如果這些阻值誤差導(dǎo)致高端輸入低于低端輸入，情況會(huì)進(jìn)一步復(fù)雜化。ADM1041允許改變斜率調(diào)整的極性以處理這個(gè)問(wèn)題。輸入放大器也有與自身相關(guān)的誤差。為此，ADM1041允許利用其各自的寄存器單獨(dú)地調(diào)整共模失調(diào)和斜率。 ADM1041還允許通過(guò)設(shè)置另一個(gè)寄存器來(lái)改變輸出電壓。由于使用ADM1041寄存器能改變輸出電壓，所以用戶能夠模擬在電源中可能出現(xiàn)的最大共模誤差。

在共模誤差調(diào)整期間，電源輸出是開(kāi)通的，不施加負(fù)載電流。有些失調(diào)誤差是暫時(shí)引入的，會(huì)在校準(zhǔn)的最后予以消除。通過(guò)軟件設(shè)置ADM1041改變輸出電壓，以便模擬共模誤差變化。利用ADC記錄最大輸出電壓和最小輸出電壓，并且將結(jié)果反饋給軟件。軟件能夠確定斜率應(yīng)當(dāng)具有的極性。然后將共模斜率寄存器設(shè)置為一個(gè)已知的量（例如，100 LSB）。再次記錄最小電壓和最大電壓，根據(jù)這些測(cè)量結(jié)果，軟件能夠計(jì)算出消除共模誤差所需要的正確的斜率，見(jiàn)圖4。

調(diào)整共模誤差的步驟如下：

1. 開(kāi)通電源輸出，不施加負(fù)載電流。
2. 為寄存器Reg 15h 設(shè)置某個(gè)失調(diào)值，例如C0h，這個(gè)V_SHARE 電壓可從接地端去除。
3. 設(shè)置寄存器Reg 19h使V_out = V_MAX，讀出V_SHARE 電壓值，結(jié)果記為 A。
4. 設(shè)置寄存器Reg 19h 使V_out = V_MIN，讀出V_SHARE電壓值，結(jié)果記為B。
5. 如果A > B，那么設(shè)置寄存器Reg 16h 極性為單極性。
6. X = A－B。
7. 將寄存器Reg 14h 增加100 bit（設(shè)置Reg14h = 64h）以便引入暫時(shí)失調(diào)。
8. 設(shè)置寄存器Reg 19h 使V_out = V_MAX，讀出V_SHARE ，結(jié)果記為C。
9. 設(shè)置寄存器Reg 19h 使V_out = V_MIN，讀出V_SHARE ，結(jié)果記為 D。
10. Y = C－D。
11. X 應(yīng)大于Y。如果不大于，那么Reg16h的極性設(shè)定不正確。
12. 將Reg14h 增加100步長(zhǎng)，從（A－B）到（C－D）的操作中減去誤差。
13. 計(jì)算在Reg14h中一個(gè)bit 變化引起的改變，結(jié)果記為1STEP。
14. 步數(shù)#_STEPS  =（A－B）/1STEP。
15. 將Reg 14h 設(shè)置為“#_STEPS  ”。
16. 共模誤差現(xiàn)在已經(jīng)被校準(zhǔn)。設(shè)置Reg15h為00h，這樣消除前面引入的失調(diào)。
17. 檢驗(yàn)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的共模誤差。
18. 設(shè)置Reg 19h使V_out = V_MAX，讀出V_SHARE ，結(jié)果記為E。
19. 設(shè)置Reg 19h 使V_out = V_MIN，讀出V_SHARE ，結(jié)果記為F。
20. E－F 應(yīng)等于0。

圖4 共模誤差調(diào)整圖

負(fù)載電壓調(diào)整
進(jìn)行負(fù)載電壓調(diào)整是為了使負(fù)載電壓設(shè)定為正確的值。另外，電壓檢測(cè)輸入的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)也會(huì)引起誤差，正如輸入放大器本身會(huì)引起誤差一樣。ADM1041允許調(diào)整負(fù)載電壓。在一個(gè)12 V系統(tǒng)中，控制器IC的輸出電壓分辨率可以達(dá)到12 mV（0.1%誤差）。這在240 mV（2%誤差）典型需求內(nèi)通常是很好的。精確調(diào)整負(fù)載電壓使電流共用系統(tǒng)更為平衡。這會(huì)提高產(chǎn)品在 電流共用和熱平衡方面的可靠性。利用這種調(diào)整，還可以有意在輸出電壓中引入一個(gè)偏移量，以補(bǔ)償線路損失。

軟件首先設(shè)置負(fù)載電壓的零衰減。通過(guò)ADC，先測(cè)量負(fù)載電壓，然后對(duì)ADM1041設(shè)置一些衰減（例如，50 LSB）。（用50 LSB代替1 LSB可以達(dá)到更精確的結(jié)果，因?yàn)闇y(cè)量的是平均值）。利用ADC再次測(cè)量新的負(fù)載電壓。根據(jù)這兩次測(cè)量結(jié)果，軟件能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出一個(gè)LSB產(chǎn)生的衰減量。因而可以計(jì)算出達(dá)到要求的負(fù)載電壓所需要的衰減量。對(duì)ADM1041設(shè)置這個(gè)衰減值。因此在電源輸出端就會(huì)得到正確的負(fù)載電壓。

負(fù)載電壓調(diào)整的步驟如下：

1. 接通電源輸出，施加一半的負(fù)載電流。
2. 將寄存器Reg 19h 設(shè)置為00h，讀出V_out，結(jié)果記為A。
3. 將Reg19h步長(zhǎng)增加為100。Reg19設(shè)置為64h，讀出V_out，結(jié)果記為B。
4. （A –B）就以100步長(zhǎng)負(fù)載電壓的變化量。
5. 單步長(zhǎng)ONE_STEP =（A –B）/ 100，這是一個(gè)步長(zhǎng)負(fù)載電壓的變化量。
6. 計(jì)算設(shè)置Reg19h的步長(zhǎng)數(shù)NUM_STEPS以得到正確輸出電壓，公式NUM_STEPS =（A – Vdesired）/ ONE_STEP。
7. 將Reg19h 設(shè)置為NUM_STEPS。
8. 輸出電壓現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)被設(shè)置為正確的值。

差模調(diào)整（共用總線調(diào)整）
進(jìn)行差模調(diào)整是為了使共用總線電壓對(duì)于給定的負(fù)載電流達(dá)到準(zhǔn)確。如果檢測(cè)電阻不精確，就會(huì)造成誤差。應(yīng)該將這些誤差消除。通過(guò)前面進(jìn)行的共模調(diào)整，共模誤差已經(jīng)消除。共用總線指標(biāo)還隨著設(shè)計(jì)的不同而變化。通過(guò)寄存器能夠校準(zhǔn)共用總線意味著相同的電路可用于不同的共用總線，而且只需改變寄存器內(nèi)容。使用外部運(yùn)算放大器的共用總線，電壓范圍大于5 V，也可以用這種方法進(jìn)行調(diào)整。和共模調(diào)整的情況一樣，差模調(diào)整也通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的寄存器對(duì)共用總線失調(diào)和斜率進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整。校準(zhǔn)期間需要施加和撤去負(fù)載，可以使用一個(gè)能在SM總線上通訊的開(kāi)關(guān)（例如，ADG715）根據(jù)需要來(lái)施加或撤去負(fù)載。

在調(diào)整過(guò)程開(kāi)始之前，軟件需要知道系統(tǒng)的某些指標(biāo)。它要請(qǐng)求無(wú)負(fù)載和滿負(fù)載共用總線電壓指標(biāo)。開(kāi)通電源輸出，不施加負(fù)載。第一步是設(shè)定無(wú)負(fù)載共用總線電壓。ADM1041上有一個(gè)專(zhuān)用于此的寄存器。這樣，當(dāng)共用總線失調(diào)寄存器變化1 LSB時(shí)，軟件就利用ADC 測(cè)量共用總線電壓的變化。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，軟件計(jì)算出將共用總線無(wú)負(fù)載電壓調(diào)整為要求值所需要的LSB數(shù)，然后將其設(shè)置到共用總線失調(diào)寄存器。

下一步是校準(zhǔn)滿負(fù)載共用總線電壓。此時(shí)，軟件與連接滿負(fù)載與電源的開(kāi)關(guān)通訊。共用總線電壓由ADC測(cè)量，結(jié)果送回軟件。ADM1041的共用斜率寄存器增加一個(gè)設(shè)定的LSB數(shù)（例如，20）。再次由ADC測(cè)量共用總線電壓，結(jié)果送回軟件。根據(jù)這兩個(gè)測(cè)量結(jié)果，軟件計(jì)算出將共用總線滿負(fù)載電壓調(diào)整到要求值所需要的LSB數(shù)，然后將其設(shè)置到共用總線斜率寄存器，見(jiàn)圖5。

在這一點(diǎn)上經(jīng)常需要作進(jìn)一步的調(diào)整。引入斜率會(huì)稍微影響失調(diào)值。因此，無(wú)負(fù)載總線電壓可能會(huì)發(fā)生變化。軟件可以通過(guò)重新將失調(diào)設(shè)置為要求值以及再次重新調(diào)整斜率來(lái)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。

共用總線可調(diào)整到許多其它指標(biāo)。許多電源指標(biāo)是針對(duì)于微小負(fù)載（例如，10%負(fù)載）而不是無(wú)負(fù)載。用戶以連接微小負(fù)載代替無(wú)負(fù)載時(shí)，可用相同的開(kāi)關(guān)配置實(shí)現(xiàn)這種調(diào)整。

差模調(diào)整的步驟如下：

1. 接通電源輸出，不施加負(fù)載電流。
2. 設(shè)置Reg 05h為00h，讀出Vshro電壓，結(jié)果記為A。
3. 將Reg 05h增加到01h，讀出Vshro電壓，結(jié)果記為 B。
4. 單步長(zhǎng)ONE_STEP =（A –B）。
5. 步長(zhǎng)數(shù)NUM_STEPS =（V_{SHRO_MIN} - A）/ ONE_STEP。
6. 設(shè)置Reg05h為NUM_STEPS。
7. 施加滿負(fù)載電流，讀出Vshro，結(jié)果記為C。
8. 將Reg06增加20步長(zhǎng)，讀出Vshro，結(jié)果記為D。
9. ONE_STEP =（C- D）/20。
10. NUM_STEPS =（V_{SHRO_MAX} –C）/ ONE_STEP。
11. 將Reg06h設(shè)置為NUM_STEPS，Vshro現(xiàn)在應(yīng)等于V_{SHRO_MAX}。
12. 差模調(diào)整結(jié)束。

圖5. 共用總線差模調(diào)整

其它調(diào)整和結(jié)束程序
通過(guò)校準(zhǔn)軟件還可以調(diào)整和同時(shí)設(shè)置過(guò)壓保護(hù)（OVP），過(guò)流保護(hù)（OCP）和欠壓保護(hù)（UVP）指標(biāo)值。軟件利用這種能力上下調(diào)整輸出電壓，以設(shè)置OVP和UVP 跳變點(diǎn)。這些也都可以通過(guò)它們自己專(zhuān)用的寄存器獨(dú)立設(shè)定。

調(diào)整一旦結(jié)束，軟件能夠?qū)⑺姓{(diào)整內(nèi)容寫(xiě)入片內(nèi)EEPROM。這些寄存器還可鎖定，以使其內(nèi)容不能在現(xiàn)場(chǎng)或者被最終用戶改變。這樣進(jìn)一步提高了安全程度?，F(xiàn)在，已經(jīng)全部完成對(duì)電源校準(zhǔn)和調(diào)整，將來(lái)會(huì)在每次上電時(shí)使用這些數(shù)據(jù)?？梢栽谏a(chǎn)環(huán)境中添加一個(gè)傳感器以識(shí)別出現(xiàn)新的電源。這樣作為觸發(fā)器為生產(chǎn)線下一個(gè)電源重啟整個(gè)程序。該程序可在自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）環(huán)境中執(zhí)行。

結(jié)論
現(xiàn)在，我們可以對(duì)AC/DC 電源變換器進(jìn)行完全自動(dòng)的調(diào)整和校準(zhǔn)。這種自動(dòng)調(diào)整和校準(zhǔn)方法提高了速度、降低了成本、增強(qiáng)了可靠并且提高了精度。