當(dāng)一個(gè)好的電源解決方案產(chǎn)生相反的效果時(shí)

許多年前，我參與了一個(gè)項(xiàng)目，在該項(xiàng)目中，主直流電源（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開放式框架單元）需要以大約 20 A 的電流向機(jī)箱相對偏遠(yuǎn)的部分提供 5 V 電壓。由于用作電源路徑一部分的 PC 板中的 IR 壓降引起的問題（軌道太薄，使用 1 盎司銅而不是 2 盎司），負(fù)載電壓僅為 4.5 V 左右，而規(guī)范稱為對于 5 V ±200 mV。結(jié)果，設(shè)計(jì)的性能不穩(wěn)定且不一致，尤其是在啟動時(shí)。

該怎么辦？在一次快速會議上，我們查看了選項(xiàng)。從工程設(shè)計(jì)的角度來看，第一個(gè)是最簡單的：只需增加標(biāo)稱供應(yīng)輸出（為此對供應(yīng)進(jìn)行了微調(diào)）以補(bǔ)償預(yù)期的下降。盡管這似乎是一個(gè)簡單的修復(fù)，但生產(chǎn)人員不喜歡手動調(diào)整組裝中的每個(gè)單元的想法，維修人員也不喜歡如果他們不得不更換一個(gè)必須做同樣的事情現(xiàn)場供應(yīng)（這在現(xiàn)實(shí)中很容易被忽視）。因此，從工程的角度來看，看似簡單的解決方法被拒絕了，并且有充分的理由。

然后有人想出了另一個(gè)主意：為什么不使用電源內(nèi)置的遙感功能呢？在遠(yuǎn)程感應(yīng)布置中，有兩條電源線和兩條來自電源的感應(yīng)線，全部連接在負(fù)載上。使用這種方案，電源會檢測負(fù)載本身而不是其輸出端子的實(shí)際電壓，并自行調(diào)整以保持負(fù)載上的所需電壓，而不管沿途有任何 IR 下降。當(dāng)您需要準(zhǔn)確評估電阻器上的電流以及其他測試和測量場景時(shí)，它是開爾文傳感的一種變體。

這似乎很簡單，唯一的“成本”是負(fù)載和電源之間的兩條相對細(xì)的電線（它們承載的電流可以忽略不計(jì)，與實(shí)際的電源電纜不同）。有了這個(gè)添加，制造就可以了，現(xiàn)場維修也是如此。我們懷著高度的樂觀假設(shè)，我們的問題很快就會過去，我們可以繼續(xù)前進(jìn)。

但他們還沒有結(jié)束。是的，負(fù)載上的直流電壓似乎是正確的，但直流電源軌也很嘈雜，甚至經(jīng)常發(fā)生振蕩。我們剛剛使用了我們最好的想法，但看起來并不好。下一步是“咨詢”來自另一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的知識淵博的電源子系統(tǒng)/模擬工程師。

這就是現(xiàn)實(shí)世界中的經(jīng)驗(yàn)得到回報(bào)的地方。他甚至沒有看電路、系統(tǒng)或示波器，就說問題很可能是感應(yīng)線路中的噪聲拾取。然后他畫了一個(gè)簡單的草圖，它表明電源實(shí)際上只是一個(gè)特殊的閉環(huán)負(fù)反饋放大器，旨在以固定電壓值提供可變電流，類似于圖 1。將輸出與參考相匹配通常體積很小且完全位于電源內(nèi)部，因此相對不受噪聲拾取的影響。

      電源是具有閉環(huán)負(fù)反饋布置的專用放大器；反饋回路的路徑和特性會對功率放大功能的性能產(chǎn)生不利影響。

但是，當(dāng)您使用遙感時(shí)，您會將環(huán)路擴(kuò)展到更廣泛的環(huán)境中，在那里它可以拾取噪聲（并且作為環(huán)路，它是一個(gè)不錯(cuò)的“天線”），并且您還會在路徑上增加更多的電抗?，F(xiàn)在，它處于略微穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，本應(yīng)將 IR 壓降的影響降至最低的遙感正在這樣做，但也引發(fā)了各種問題。

現(xiàn)在問題轉(zhuǎn)變了：如何處理這種噪音和振蕩？顯而易見的解決方案是在遙感導(dǎo)線上添加一些過濾器，以衰減噪聲拾取，并可能切換到屏蔽線。但這一切都非常微不足道，因?yàn)槿Q于噪聲，什么會起作用并且始終如一地起作用，并且在遙感環(huán)路中添加濾波會對環(huán)路動態(tài)產(chǎn)生其他影響。

最后，我們做了我們應(yīng)該做的事情：最小化 IR drop 本身。我們添加了一些 PC 板支架式母線（幸運(yùn)的是，邊緣周圍有空間）并且還在電源和系統(tǒng)的較遠(yuǎn)部分之間添加了一些中等規(guī)格的電線，而不是依賴于 PCB 軌道單獨(dú)作為物理直流導(dǎo)軌。IR 壓降大幅下降，而 DC 導(dǎo)軌干凈穩(wěn)定，一切正常。

但教訓(xùn)很清楚：以最好的意圖提供的功能（這里是供應(yīng)商的遙感）在某些情況下也可能適得其反，特別是如果在沒有仔細(xì)考慮后果的情況下應(yīng)用。這實(shí)際上是第二課。首先是進(jìn)行一些基本的 IR-drop 計(jì)算，然后添加一些余量作為系統(tǒng)規(guī)劃的一部分。（這些計(jì)算并不難。）如果 IR 壓降使您的設(shè)計(jì)處于“灰色地帶”或更糟，請使用更寬的 PC 板走線、更厚的銅、匯流條、分立線——在標(biāo)稱電壓，同時(shí)考慮到電源有自己的輸出容差。

畢竟，穩(wěn)定的、范圍內(nèi)的電源軌是一致、可靠性能的基礎(chǔ)，而“不穩(wěn)定”的電源軌可能會導(dǎo)致各種神秘的、間歇性的、難以調(diào)試的電路行為。只是假設(shè)如果出現(xiàn)問題，您可以依靠方便的功能（例如遙感）來處理事情是“臨時(shí)”工程，并且可以使事情變得更糟而不是更好。

你有沒有使用過一個(gè)方便的、合法的“解決方案”，但實(shí)際上產(chǎn)生了與預(yù)期相反的效果？