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The Fundamentals of Trimming the Output Voltage of a Power Supply

18. August 2020 von Bruce Rose – Lesezeit: 6 Minuten

The Fundamentals of Trimming the Output Voltage of a Power Supply

In Datenblättern für Stromversorgungen mit Gleichstromausgang kann es Angaben über die Fähigkeit zur Abgleichung der Ausgangsspannung geben. Dies wirft oft Fragen auf, die sich darauf beziehen, warum die Ausgangsspannung angepasst werden muss, wie eine externe Schaltung die Spannung anpasst und warum der Spannungseinstellbereich begrenzt ist. In diesem Blog werden einige Grundlagen des Stromversorgungsdesigns diskutiert und mit dem Abgleichbetrieb und den Spezifikationen der Ausgangsspannung in Beziehung gesetzt.

Was ist die Abgleichung und wie wird sie verwendet?

Die Ausgangsspannung eines Netzteils abzugleichen, bedeutet einfach, die Spannung um einen kleinen Betrag anzupassen. Konventionell wird der Begriff Abgleichung für Anwendungen verwendet, bei denen das Netzteil eine bestimmte Nennausgangsspannung hat und der Anwender in der Lage ist, die Ausgangsspannung um etwa zehn Prozent oder weniger zu ändern. Meistens sind Anwender in der Lage, die Ausgangsspannung eines Netzteils durch Hinzufügen externer Komponenten, Einstellen eines Potentiometers auf einer Leiterplatte oder durch Anlegen eines analogen oder digitalen Signals abzugleichen.

Stromversorgungen mit der Fähigkeit, die Ausgangsspannung abzugleichen, werden typischerweise aus zwei Gründen verwendet:

  1. Leistung – Anwendungen, bei denen eine geringfügige Änderung der Ausgangsspannung die Leistung des Produkts verbessern kann
  2. Nicht-Standardspannungen – Eine Nicht-Standard-Ausgangsspannung ist erforderlich und die Änderung der Ausgangsspannung eines Standardnetzteils ist das effizienteste Mittel zur Erzeugung der erforderlichen Ausgangsspannung

Ein Beispiel für die Leistungssteigerung durch die Abgleichung ist, wenn es in einer Anwendung zu einem Spannungsabfall an den Stromleitern kommt. In diesem Fall kann die Ausgangsspannung an den Stromversorgungsanschlüssen höher abgeglichen werden, um den Spannungsabfall entlang der Leiter auszugleichen. Die Ausgangsspannungsabgleichung in dieser Anwendung ermöglicht es, dass die Spannung an der Last auf dem gewünschten Niveau bleibt, auch wenn es einen Spannungsabfall in den Stromzuführungsleitern gegeben hat.

Diagramm der Abgleichung der Stromversorgungsspannung
Abb. 1: Die Ausgangsspannung der Stromversorgung wird wie folgt abgeglichen: Stromversorgungsspannung = gewünschte Lastspannung + Spannungsabfall der Gesamtleiterimpedanz

Einige Stromversorgungen sind mit einer Ausgangsspannung erhältlich, die nicht als Nennwert, sondern als Bereich angegeben ist, und die Ausgangsspannung kann über ein Verhältnis von bis zu 1:100 eingestellt werden. Diese Arten von Stromversorgungen werden oft als variable, einstellbare oder Laborstromversorgungen bezeichnet. Die Methode zur Steuerung der Ausgangsspannung in diesen Versorgungen ist normalerweise ein analoges oder digitales Signal, ein Schalttafeleinbau-Knopf oder eine Tastatur. Diese Klasse von Stromversorgungen wird oft verwendet, wenn der Benutzer eine einzige Stromversorgung wünscht, die in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann. Sie steht nicht im Mittelpunkt dieses Blogbeitrags.

Abgleichungsmethoden

In einer geregelten Stromversorgung wird ein skalierter Wert der Ausgangsspannung durch eine Rückkopplungsschleife an eine Referenzspannung angeglichen. Die Ausgangsspannung der Stromversorgung kann entweder durch Änderung des Skalierungsfaktors der Rückkopplungsspannung, durch Einspeisung eines Abgleichsignals in den Rückkopplungsknoten oder durch Änderung der Referenzspannung geändert werden. Die gebräuchlichsten Methoden zur Abgleichung der Ausgangsspannung von Stromversorgungen bestehen darin, einen Strom (eine Spannungsquelle mit einer hohen Ausgangsimpedanz) in den Rückkopplungsknoten einzuspeisen oder den Wert eines Impedanzelements im Rückkopplungsnetzwerk zu ändern. Im Folgenden sind Methoden zur Implementierung der Ausgangsspannungsabgleichungen in Stromversorgungen aufgeführt.

Applied External Resistance

Das Designteam für die Stromversorgung stellt einen Pin für den internen Rückkopplungsknoten zur Verfügung. Eine Spannungsquelle mit einer hohen Ausgangsimpedanz kann vom Anwender konstruiert werden, indem er ein Widerstandsnetzwerk mit hoher Impedanz zwischen der Ausgangsspannung der Stromversorgung und Masse platziert. Ein Knoten dieses externen Widerstandsnetzwerks wird dann mit dem internen Rückkopplungsknoten-Pin verbunden und injiziert so den richtigen Strom, um die Ausgangsspannung der Stromversorgung abzugleichen

Potentiometer

Das Designteam für die Stromversorgung platziert ein leiterplattenmontiertes Potentiometer in das Rückkopplungsnetzwerk. Das Potentiometer wird dem Benutzer zur Verfügung gestellt, um die Ausgangsspannung der Stromversorgung einzustellen.

Applied External Voltage

Das Designteam für die Stromversorgung stellt einen Pin zur Verfügung, der mit einer internen Signalaufbereitungsschaltung verbunden ist, die den internen Rückkopplungsknoten ansteuert. Der Benutzer legt eine Abgleichungsspannung an den externen Pin an, und die Signalaufbereitungsschaltung injiziert den erforderlichen Strom in den Rückkopplungsknoten, um die Ausgangsspannung abzugleichen.

Digitale Schnittstelle

Das Designteam für Stromversorgungen stellt dem Anwender eine digitale Schnittstelle zum Abgleichen der Ausgangsspannung zur Verfügung. Ein interner Analog-Digital-Wandler und eine Signalkonditionierung wandeln den digitalen Abgleichcode in die entsprechende analoge Spannung oder den entsprechenden analogen Strom um, um die Ausgangsspannung zu trimmen.

Blockdiagramm der Stromversorgungstopologie
Abb. 2: Blockdiagramm der Stromversorgungstopologie

Einschränkungen beim Abgleichen

Es gibt viele mögliche Gründe, warum der Abgleichungsbereich der Ausgangsspannung begrenzt sein kann. Einige häufige Gründe für Abgleichungsbereichsgrenzen sind Ausgangsleistungsgrenzen, Rückkopplungsschleifenstabilität und Tastverhältnisgrenzen. Das Abgleichen der Ausgangsspannung kann auch die Strombegrenzung des Stromversorgungsausgangs beeinflussen, abhängig von der Topologie des Stromversorgungsdesigns. Änderungen der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms können sich auf die erforderliche Nennleistung des Eingangsmassenkondensators, des primärseitigen Schalters, der Isolationsmagnetik, der sekundären Gleichrichterhalbleiter und der Ausgangsfilterkomponenten auswirken. Die Kosten, Größe und Komplexität dieser Komponenten im Stromversorgungsdesign können sich erhöhen, wenn der Ausgangabgleichungsbereich vergrößert wird.

Diagramm der Elemente in einem Wandler, die von einer Änderung der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstroms betroffen sein können
Abb. 3: Elemente in einem Wandler, die von einer Änderung der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstroms betroffen sein können

Wie bereits erwähnt, sind Stromversorgungen mit einer internen Rückkopplungsschleife ausgelegt. Eine Änderung der Ausgangsspannung eines Netzteils kann sich auf die Schleifenstabilität des Netzteils auswirken. Eine instabile Stromversorgungsschleife kann oszillieren oder sich verriegeln und eine zu stabile Schleife kann eine langsame Ansprechzeit haben und somit eine schlechte Ausgangsspannungsregelung bei Lasttransienten bieten. Fast alle modernen Stromversorgungsdesigns verwenden eine Schaltungstopologie, um Kosten und Größe zu reduzieren und die Leistung zu erhöhen. In vielen Schaltnetzteilarchitekturen wirkt sich eine Änderung der Ausgangsspannung auf das Tastverhältnis der Schaltwellenform aus. Sowohl minimale als auch maximale Grenzen des Tastverhältnisses der Schaltwellenform können erreicht werden, wenn die Ausgangsspannung zu weit abgeglichen wird.

Fazit

Die Ausgangsspannung einer Stromversorgung kann so eingestellt werden, dass sie in vielen Anwendungen Vorteile bietet. In den meisten Anwendungen erfolgt die korrekte Abgleichung der Ausgangsspannung eines Netzteils problemlos. Wenn es jedoch Bedenken oder Fragen gibt, steht das technische Support-Team von CUI bereit, um unsere Kunden zu unterstützen.

Kategorien: Grundlagen, Produktauswahl

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Bruce Rose

Bruce Rose

Hauptanwendungsingenieur

Während seiner langjährigen Arbeit in der Elektronikindustrie und den Bereichen Design, Vertrieb und Marketing hat sich Bruce Rose auf analoge Schaltungen und Stromversorgung konzentriert. Seine Arbeitserfahrung umfasst die Organisation und die Leitung internationaler Workshops, die Veröffentlichung und Präsentation bei mehr als 40 Fachkonferenzen und Zeitschriften sowie sieben Patente. Neben seiner Begeisterung für die Arbeit verbringt Bruce auch gerne Zeit mit seiner Familie beim Wandern, Radfahren und Kanufahren und widmet sich der Luftfahrt und Modellluftfahrt.

 
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