自动校准程序节省AC/DC电源转换器设计和制造的时间和成本

AC/DC电源转换器设计工程师使用微调电位器校准差模误差和共模误差时，需要由操作人员在生产过程中进行手工调整，以消除偏移误差和增益误差。这些误差是由于非理想元件引起的，例如，电流检测电阻器和运算放大器。这是一个浪费成本和时间的调整过程，最后仍会留下误差。当机械应力造成微调电位器的数值改变时，在工作现场也会出现误差。新的电源控制集成电路（IC）具有通过SMBbus总线对电源进行设置以完成这种调整和校准的能力。目前已经开发出自动完成这种调整过程的软件校准程序和接口硬件。本文将介绍一种软件程序与ADM1041 电源控制器IC和一个模数转换器（ADC）一起工作来实现这种自动校准过程的方法。它还可控制一个可在校准期间按需要施加负载的开关。这样既可保证可靠性、可重复性、低成本和快速的校准和调整，同时也提高了调整精度。本文还介绍了如何能够将该电源转换器设置成具有系统监视功能〔例如，过流保护（OCP）〕和故障监视功能的完整设备。图1给出了校准设备的框图。

　　共模调整

　　当使用一个检测电阻器和电流检测放大器检测高侧电流时，必需进行共模调整。这样做的目的是使共享总线电压仅随负载电流变化，而与负载电压变化无关。

　　电流检测调整问题对于电源至关重要。对精度的突出要求是在一个10mV信号的系统中必须消除高达40mV的共模误差。按照正确的顺序进行调整也很重要。首先需要进行共模调整，以便消除后面共享总线要求的差模调整引起的误差。

　　高侧电流检测需要一个电阻分压网络以便电流检测放大器输入端提供正常电压。这种调整能够消除外部电阻分压网络以及内部电流检测放大器引起的误差。图2给出了一个理想的电阻分压网络。

　　考虑一下图2如果中有一个电阻器由于1%允许误差对输出端误差的影响。在本例中，这可在共享总线输出端产生10% 的误差，见图3。产生这样大的输出误差的原因是由于输入信号被放大了（对输出有用的）100倍。因此任何误差也同样被放大了。

　　如果4个电阻器的阻值全都不精确就会使问题扩大。如果这些阻值误差导致高侧输入低于低侧输入，情况会进一步复杂化。ADM1041允许改变斜率调整的极性以解决这个问题。输入放大器也有与自身相关的误差。为此，ADM1041允许利用其各自的寄存器单独地调整共模偏移和斜率。 ADM1041还允许通过设置另一个寄存器来改变输出电压。由于使用ADM1041寄存器能改变输出电压，所以用户能够模拟在电源中可能出现的最大共模误差。

　　在共模误差调整期间，电源输出是导通的，不施加负载电流。有些偏移误差是暂时引入的，会在校准的最后予以消除。通过软件设置 ADM1041可改变输出电压，以便模拟共模误差变化。利用ADC记录最大输出电压和最小输出电压，并将结果反馈给软件。软件能够确定斜率应当具有的极性。然后将共模斜率寄存器设置为一个已知的量（例如，100LSB）。再次记录最小电压和最大电压，根据这些测量结果，软件能够计算出消除共模误差所需的正确的斜率，见图4。

　　调整共模误差的步骤如下：
　　1. 接通电源输出，不施加负载电流。
　　2. 设置Reg 15h为某个偏移值，例如C0h，这个VSHARE 电压可从接地端去除。
　　3. 设置Reg 19h 使V_out =V_max，读出V_SHARE 电压值，结果记为A。
　　4. 设置Reg 19h 使V_out =V_min，读出V_SHARE电压值，结果记为B。
　　5. 如果A > B，那么设置Reg 16h 极性为单极性。
　　6. X = A－B。
　　7. 增加Reg 14h到100bit（设置Reg 14h = 64H）以便引入暂时偏移。
　　8. 设置Reg 19h 使V_out =V_max，读出V_SHARE ，结果记为C。
　　9. 设置Reg 19h 使V_out=V_min，读出V_SHARE ，结果记为 D。
　　10. Y = C－D。
　　11. X 应大于Y。如果不大于，那么Reg 16h的极性设置不正确。
　　12. 将Reg 14h 增加100步长，从(A－B) 到 (C－D) 的操作中减去误差。
　　13. 计算在Reg 14h中一个bit 变化引起的改变，结果记为1STEP。
　　14. #_STEPS =（A－B）/1STEP。
　　15. 将Reg 14h 设置为“#_STEPS ”。
　　16. 共模误差现在已经被校准。设置Reg 15h为00h，这样消除前面引入的偏移。
　　17. 检验经过校准的共模误差。
　　18. 设置Reg 19h使V_out =V_max，读出V_SHARE ，结果记为E。
　　19. 设置Reg 19h 使V_out =V_min，读出V_SHARE ，结果记为F。
　　20. E－F 应等于0。

　　负载电压调整

　　进行负载电压调整是为了使负载电压设定为正确的值。另外，电压检测输入的电阻分压网络也会引起误差，正如输入放大器本身会引起误差一样。ADM1041 允许调整负载电压。在一个12V系统中，控制器IC的输出电压分辨率可以达到12mV（0.1%误差）。这在240mV（2%误差）典型需求内通常是很好的。精确调整负载电压可使电流共享系统更为平衡。这会提高产品在电流共享和热平衡方面的可靠性。利用这种调整，还可以有意在输出电压中引入一个偏移量，以补偿线路损失。

　　软件首先设置负载电压的零衰减。通过ADC，先测量负载电压，然后对ADM1041设置一些衰减（例如， 50LSB）。（用50LSB代替1LSB可以达到更精确的结果，因为测量的是平均值）。利用ADC再次测量新的负载电压。根据这两次测量结果，软件能够准确地计算出一个LSB产生的衰减量。因而可以计算出达到要求的负载电压所需要的衰减量。对ADM1041设置这个衰减值。因此在电源输出端就会得到正确的负载电压。