電源管理器件精確測量中差分放大電路的應用

潘一丁

摘 要：因為電源管理器器件具有隔離性、安全性和穩定性的優點，是關鍵構件，得到了諸多電子產品的廣泛應用。設計環節，需要對其電壓調整率、負載調整率進行合理設計，這兩項參數對器件的性能有決定性影響。基于此，本文對電源管理器件精確測量中差分放大電路的應用展開分析。

關鍵詞：電源管理器件;精確測量;差分放大電路;應用

現如今隨著科技的發展，電子設備得到了人們的廣泛應用，是人們生產生活中的重要組成部分。電源管理器件的主要作用為在設備系統中實現對電能的變換、分配，并且還能夠對其它電腦進行檢測和管理，對于電子系統來說具有重要作用，電源管理器件的優劣在一定程度上決定著整體設備的性能。使用差分放大電路實現對電源管理器件輸出電壓的屏蔽，同時提高電壓調整率及負載調整率中微小電壓的變化數值，是測量數據的精準性提高。

一、電源管理器件的性能指標選擇和測試原理

（一）性能指標選擇

在電子系統中，電源管理器的作用在于電能的變換、分配及檢測，目前在電壓調整率、負載調整率及輸出功率等指標進行測試較為廣泛，下面本文對電壓調整率及負載調整率進行闡述。

電壓調整率的基準為輸入側的電壓，如果其電壓數值從最低值提高至最高值時，對額定電壓中輸出電壓相對變化值所占比進行計算，便能夠得到電壓調整率的實際數值。一般情況下，輸入側的電壓取值在規定范圍內，輸出電壓為固定值，通過此能夠有效評估表征電源管理器件的穩定性呢，并且電壓調整率的數值不應大于0.1%。將Vo1和Vo2作為兩個不同輸入電壓下電源管理期間的輸出電壓值，將Vo作為額定輸出值，能夠得出電壓調整率計算公式：

負載調整率指的是基于輸入電壓為不變的固定值這一條件，當負載數值由0提高至額定數值，所體現出的輸出電壓變化情況。一般情況下，在電源管理期間中，電源負載隨著電源輸出的變化而變化。如果電源負載數值提高，那么電源輸出數值則會下降，并且負載調整率數值不大于1%。將Vo1和Vo2作為兩個不同輸出負載下下電源管理期間的輸出電源值，能夠得出負載調整率的計算公式：

1.2 電源管理器件的常規測試方法

傳統模式下對于電源管理器件進行測試的過程中，需要連接程控電壓源、被測試器件、高精度電壓寶和程控電子負載，旨在為被測試器件提供電壓，實現對電源管理器件測量需求的滿足。本文將LM7815作為研究對象，測試其負載調整率，其典型輸出電壓源為15V。進行測試時，使用程控電壓源將電壓值施加在被測試器件的輸入端，改變電子負載的電流值，并且在負載改變的情況下，使用高精度電壓表合理測試輸出電壓的變化情況[1]。

通常情況下，首先將負載電流I1=250mA是加到被測試器件的輸出端，使用高精度電壓表對輸出端電壓進行測量，可知Vo1=15.004V;之后將負載電流I2=750mA施加在被測試器件的輸出端，使用高精度電壓表對輸出端電壓進行測量，可知Vo2=15V 。將得到的測量結果應用于負載調整率的計算公式中，可知負載調整率的具體值為4mV，將該值作為基礎并且假設電壓表量程=20V。在這一情況下，如果其精度=0.1%，準確度-20mV，不能對被測量器件4mV的電壓變化情況進行測量。如果電壓表精度=0.01%，準確度=2mV，仍然不能準確測量電壓變化情況。因為電源管理器件輸出電壓誤差數值較小，因此通常情況下電壓調整率和負載調整率的主要單位為毫伏和微伏，提高測量精度的主要方法為提高電壓表精度，因此，常規萬用表并不能達到這一雪球，但是使用高精度測量儀器可能會使測量成本額外增加，因此加強電源管理器件測量水平迫在眉睫。

二、電源管理器件精確測量中差分放大電路的應用

（一）差分放大電路方案設計

在常規測試過程中，因為直流信號上存在被測量器件的微弱信號，容易導致誤差加大，所以需要測量儀表具有較高的精度值，若想既能保證測量精度，又能夠節約成本，則需要在電源管理器件精確測量中使用差分放大電路，使用差分測量將被測量期間的額定輸出電壓屏蔽，并且使測量中出現的電壓差放大。對差分放大電路進行設計的過程中，因為主要是對微小電壓的變化情況進行測量，所以對放大器進行選擇時應確定其失調電壓較小，例如常見的OP77、OP07等，將放大器應用于差分放大電路的設置中，放大器的輸入端為被測量器件的輸出電壓Vo，施加的基準電壓為Vr，使用差分放大電路將被測量器件的輸出電壓抵消，根據電阻阻值合理調整放大的倍數。將對放大器的虛短虛斷特性的運算作為前提，詳細計算差分放大器輸出電壓，計算公式如下：

在具體測量過程中，將R1-R4四個電阻值分別取40KΩ、100KΩ、5KΩ、800KΩ，在公式中代入這些數值，能夠得到差分放大器輸出電壓計算公式：

Vm=46Vo-160Vr

因為Vr是被施加的基準電壓，因此可將其當作差分放大器的輸出電壓，并且在公式中使用兩次提升的負載電流數值，便能夠實現對差分放大器輸出電壓數值的測量。如果Vo1為15V，Vm為0;基于Vo2為15.004V，Vm=0.184V，差分電路使4mV電壓擴增46倍。上述數據是對電壓表量程的設置，如果將其值設為1V，這時如果電壓表精度為0.1%，其準確度便是1mV，能夠準確測量被測量器件的微弱信號，并進行46倍的放大處理，使電壓表的精度要求下降，這樣測量結果的準確率也會大大提升[2]。

結語：

本文對差分放大電路的特點以及對于電源管理期間的測量方法展開分析，使用差分放大電路能夠有效放大微小電壓變化數值，能夠使測量結果更加準確，并且對測試儀表沒有較高的精度要求。

參考文獻：

[1]張靜秋.基于Multisim的差動放大電路典型應用特性研究[J].電子制作，2017，（17）：74-76.

[2]張博，王云娜，孫景業， 等.一種寬帶可編程增益放大器設計[J].電子設計工程，2018，26（20）：119-123.