補(bǔ)償電纜壓降方案

在最初的大電流充電下，充電設(shè)備上的電壓很可能過度“下降”，設(shè)備通過降低充電電流做出響應(yīng)。較低的充電電流有效地提高了內(nèi)部電池充電器可用的電壓，使其能夠正常工作。此操作可能會顯著增加充電時間，具體取決于最終充電電流水平。這只是過度的電纜電壓下降會對系統(tǒng)運行產(chǎn)生負(fù)面影響的情況的一個例子。

負(fù)載下器件的電壓精度是一個關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)。如果系統(tǒng)負(fù)載遠(yuǎn)離電源輸出，并且不使用遠(yuǎn)程感應(yīng)，則負(fù)載上的電壓可能會大大低于預(yù)期值。這種電壓下降通常是由薄電路板蝕刻、連接器接口和布線電阻造成的。這種情況在負(fù)載電流較高時會變得更糟，進(jìn)一步降低負(fù)載的工作電壓，并可能導(dǎo)致電路運行不穩(wěn)定。

典型的 USB 電纜接口接觸電阻約為 30 毫歐。由于有四個連接(每個電纜端兩個)，這表示 0.12 歐姆。假設(shè)每條電源線使用標(biāo)準(zhǔn)的 24AWG 電線和 1 米的電纜長度，則總電線電阻為 0.166 歐姆。總預(yù)期電纜和接觸電阻為 0.286 歐姆。如果轉(zhuǎn)換器設(shè)計為提供 2.1A 的最大輸出電流，則電纜兩端的預(yù)期電壓降為 0.6V。對于 5.0V 的固定轉(zhuǎn)換器設(shè)定電壓，電纜末端的電壓將降至 4.4V。這遠(yuǎn)低于大多數(shù) 5V 負(fù)載的下限，很容易看出大電流負(fù)載如何產(chǎn)生潛在問題。

該解決方案添加了一個檢測電阻器來監(jiān)控輸出電流。差分運算放大器 (diff amp) 放大檢測電阻兩端的電壓，并使用該電壓將電流注入控制器的反饋 (FB) 引腳。這種“正反饋”會隨著負(fù)載的增加而增加輸出電壓。

下圖顯示了電路實現(xiàn)。差分放大器具有 50 V/V 的固定增益，該增益足以最大程度地減少檢測電阻器的損耗，但仍能提供準(zhǔn)確的控制電壓。所示電路使用 INA213A，但也可以使用分立運算放大器 (op amps) 實現(xiàn)。差分放大器的輸出電壓等于 REF 引腳上的電壓減去檢測電壓，再乘以 50 V/V 的增益。

REF 引腳上的電壓由轉(zhuǎn)換器輸出端的電阻分壓器設(shè)置，增益為一半。由于差分放大器的內(nèi)部阻抗會影響 REF 引腳上的電壓，從而使結(jié)果產(chǎn)生偏差，因此最好使用遠(yuǎn)小于差分放大器電阻的分壓器電阻值。假設(shè)轉(zhuǎn)換器輸出為 5.0V 且負(fù)載電流為零，則差分放大器輸出將為 2.5V。對于 2.1A 負(fù)載電流，差分放大器輸出降至 2.5V 以下，注入 FB 節(jié)點的電流更少。這種降低會導(dǎo)致控制器增加其輸出電壓以保持恒定的 FB 電壓。

隨著負(fù)載電流的增加，轉(zhuǎn)換器的輸出電壓按預(yù)期增加。該電壓是在反饋電阻分壓器 R1/R2 上測量的。或者，如果沒有實施下垂補(bǔ)償，輸出電壓會顯著下降。中間曲線顯示了在測試電纜末端測得的補(bǔ)償電壓，并產(chǎn)生了幾乎平坦、調(diào)節(jié)良好的電壓。

電源轉(zhuǎn)換器后的布線和電路阻抗可能會導(dǎo)致下游電壓在重載時下降，從而產(chǎn)生潛在的系統(tǒng)問題。低系統(tǒng)電壓會導(dǎo)致電源循環(huán)、閂鎖情況或系統(tǒng)性能下降。當(dāng)系統(tǒng)阻抗已知時，這種低成本、簡單的電路提供了一種通過實現(xiàn)壓降補(bǔ)償來穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的方法。