如何设计准确的直流电源

电池测试、电化学阻抗谱和半导体测试等测试和测量应用需要准确的电流和电压输出直流电源。在环境温度变化为±5°C时，设备的电流和电压控制精度需要优于满量程的±0.02%。精度在很大程度上取决于电流感应电阻器和放大器的温漂。在本文中，您将了解不同元件如何影响系统精度，以及如何为精密直流电源的设计选择适合的元件。

输出驱动器

图1是一个电源方框图，包括输出驱动器、电流和电压感应电路、控制环路、模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)。输出驱动器的选择取决于输出精度、噪声和功率级。线性电源可用作低功耗(<5W)或低噪声应用的输出驱动器。功率运算放大器 (op amp) 具有集成式热保护和过流保护功能，适合低功耗应用。

图1：直流电源的典型方框图

然而，由于会有功率损耗，使用输出功率更高的线性输出驱动器具有挑战性，所以您需要使用同步降压转换器实现更高的输出功率，在输出端使用大滤波器，可实现0.01%的满量程精度。例如，使用降压转换器，在5V输出范围可实现500µV的精度。您还需要确认，转换器中没有在轻负载时增大输出纹波的脉冲跳跃和二极管仿真模式。C2000

实时微控制器 (MCU) 非常适合精密同步降压转换器电源，因为您可以在软件中禁用不想要的功能。

电流和电压感应

高精度电流分流电阻器和低漂移仪表放大器可以测量输出电流。仪表放大器的输入失调电压误差和增益误差不是问题，因为在系统校准时会考虑到这两个误差。但仪表放大器的失调电压和增益漂移、输出噪声以及增益非线性难以校准，在选择电流感应放大器时应该考虑这些误差。

公式1计算电流感应放大器的总体未调误差，如表1中所示。共模抑制比的误差相对较小，所以可以忽略它。

在表中列出的放大器中，INA188 的误差最小。误差计算使用±5°C温度变化，分别为1A和25A输出选择100mΩ和1mΩ电流电阻器。

表1：电流感应放大器的总体未调误差