Недавно в разделе «Конструкторские идеи» я опубликовал ряд статей, в которых показаны схемы для линейного ШИМ-программирования стандартных стабилизаторов напряжения понижающего типа в приложениях, выходные напряжения которых могут опускаться ниже напряжения входа обратной связи (VSENSE или VS). Например: «Простой ШИМ-интерфейс позволяет программировать напряжение регулятора VOUT < VSENSE» [1].
Однако были высказаны возражения, что подобные схемы влекут за собой значительную потерю точности аналогового программирования, поскольку они основаны на добавлении составляющей напряжения, обычно получаемой из доступного источника напряжения (например, шины питания логики). Поэтому их следует избегать.
Аргумент основан на том факте, что точность и стабильность таких источников, как правило, значительно ниже (например, ±5%), чем у внутренних опорных напряжений регуляторов (например, ±1%).
Но верно ли это возражение на самом деле, и если да, то насколько серьезна проблема? В какой степени на самом деле снижается точность? В данной статье рассматриваются эти вопросы.
На Рисунке 1 показана базовая топология регулятора, выходное напряжение которого может программироваться ниже VS; его токи описываются следующими выражениями:
 | |
| Рисунок 1. | Базовая схема регулятора с ШИМ-программированием. |
Здесь
IA – первичный программирующий ток;
IB – ток, программирующий выходное напряжение.
Анализ выражений для токов IA и IB показывает, что если коэффициент заполнения ШИМ (D) установлен на 100% от полной шкалы (D = 1), то IB = 0. Это связано с членом (1 – D).
Таким образом, при максимальном выходном напряжении напряжение логической шины VL не может вносить никаких ошибок.
Однако при других значениях D это благоприятное обстоятельство больше не действует, и ток IB становится ненулевым. Таким образом, отклонения VL и помехи снижают точность, по крайней мере, в некоторой степени. Но насколько?
Самый простой способ ответить на этот важный вопрос – оценить ошибку на примере общей топологии, представленной на Рисунке 1, с правдоподобными номиналами компонентов. Добавляя несколько примеров значений номиналов, Рисунок 2 предоставляет для этого конкретную основу.
 | |
| Рисунок 2. | Натягиваем немного мяса на скелет Рисунка 1, добавляя примеры конкретных значений, с которыми будем работать. |
Если предположить, что резисторы идеальны, то номинальные токи, проходящие через резистор R1, будут следующими:
Затем, если сделать предположение (крайне пессимистичное), что ошибки опорного напряжения складываются как сумма абсолютных значений, ошибки токов IA и IB (IA_ERR и IB_ERR, соответственно) будут следующими:
Общая ошибка выходного напряжения VOUT равна
Графики результирующих ошибок напряжения VOUT показаны на Рисунке 3.
 | |
| Рисунок 3. | Графики ошибок VOUT, где ось X – D, а ось Y – VOUT. Черная линия означает VOUT = VS при D = 0, а красная линия – VOUT = 0 при D = 0. |
Вывод. Функция VOUT < VSENSE увеличивает погрешность в нижнем диапазоне VOUT, но вся разница полностью исчезает в верхней части диапазона. Таким образом, выбор зависит от полезности функции VOUT < VSENSE.