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电源管理器件精确测量中差分放大电路的应用

范文

潘一丁

摘要：因为电源管理器器件具有隔离性、安全性和稳定性的优点，是关键构件，得到了诸多电子产品的广泛应用。设计环节，需要对其电压调整率、负载调整率进行合理设计，这两项参数对器件的性能有决定性影响。基于此，本文对电源管理器件精确测量中差分放大电路的应用展开分析。

关键词：电源管理器件;精确测量;差分放大电路;应用

现如今随着科技的发展，电子设备得到了人们的广泛应用，是人们生产生活中的重要组成部分。电源管理器件的主要作用为在设备系统中实现对电能的变换、分配，并且还能够对其它电脑进行检测和管理，对于电子系统来说具有重要作用，电源管理器件的优劣在一定程度上决定着整体设备的性能。使用差分放大电路实现对电源管理器件输出电压的屏蔽，同时提高电压调整率及负载调整率中微小电压的变化数值，是测量数据的精准性提高。

一、电源管理器件的性能指标选择和测试原理

（一）性能指标选择

在电子系统中，电源管理器的作用在于电能的变换、分配及检测，目前在电压调整率、负载调整率及输出功率等指标进行测试较为广泛，下面本文对电压调整率及负载调整率进行阐述。

电压调整率的基准为输入侧的电压，如果其电压数值从最低值提高至最高值时，对额定电压中输出电压相对变化值所占比进行计算，便能够得到电压调整率的实际数值。一般情况下，输入侧的电压取值在规定范围内，输出电压为固定值，通过此能够有效评估表征电源管理器件的稳定性呢，并且电压调整率的数值不应大于0.1%。将Vo1和Vo2作为两个不同输入电压下电源管理期间的输出电压值，将Vo作为额定输出值，能够得出电压调整率计算公式：

负载调整率指的是基于输入电压为不变的固定值这一条件，当负载数值由0提高至额定数值，所体现出的输出电压变化情况。一般情况下，在电源管理期间中，电源负载随着电源输出的变化而变化。如果电源负载数值提高，那么电源输出数值则会下降，并且负载调整率数值不大于1%。将Vo1和Vo2作为两个不同输出负载下下电源管理期间的输出电源值，能够得出负载调整率的计算公式：

1.2 电源管理器件的常规测试方法

传统模式下对于电源管理器件进行测试的过程中，需要连接程控电压源、被测试器件、高精度电压宝和程控电子负载，旨在为被测试器件提供电压，实现对电源管理器件测量需求的满足。本文将LM7815作为研究对象，测试其负载调整率，其典型输出电压源为15V。进行测试时，使用程控电压源将电压值施加在被测试器件的输入端，改变电子负载的电流值，并且在负载改变的情况下，使用高精度电压表合理测试输出电压的变化情况[1]。

通常情况下，首先将负载电流I1=250mA是加到被测试器件的输出端，使用高精度电压表对输出端电压进行测量，可知Vo1=15.004V;之后将负载电流I2=750mA施加在被测试器件的输出端，使用高精度电压表对输出端电压进行测量，可知Vo2=15V 。将得到的测量结果应用于负载调整率的计算公式中，可知负载调整率的具体值为4mV，将该值作为基础并且假设电压表量程=20V。在这一情况下，如果其精度=0.1%，准确度-20mV，不能对被测量器件4mV的电压变化情况进行测量。如果电压表精度=0.01%，准确度=2mV，仍然不能准确测量电压变化情况。因为电源管理器件输出电压误差数值较小，因此通常情况下电压调整率和负载调整率的主要单位为毫伏和微伏，提高测量精度的主要方法为提高电压表精度，因此，常规万用表并不能达到这一雪球，但是使用高精度测量仪器可能会使测量成本额外增加，因此加强电源管理器件测量水平迫在眉睫。

二、电源管理器件精确测量中差分放大电路的应用

（一）差分放大电路方案设计

在常规测试过程中，因为直流信号上存在被测量器件的微弱信号，容易导致误差加大，所以需要测量仪表具有较高的精度值，若想既能保证测量精度，又能够节约成本，则需要在电源管理器件精确测量中使用差分放大电路，使用差分测量将被测量期间的额定输出电压屏蔽，并且使测量中出现的电压差放大。对差分放大电路进行设计的过程中，因为主要是对微小电压的变化情况进行测量，所以對放大器进行选择时应确定其失调电压较小，例如常见的OP77、OP07等，将放大器应用于差分放大电路的设置中，放大器的输入端为被测量器件的输出电压Vo，施加的基准电压为Vr，使用差分放大电路将被测量器件的输出电压抵消，根据电阻阻值合理调整放大的倍数。将对放大器的虚短虚断特性的运算作为前提，详细计算差分放大器输出电压，计算公式如下：

在具体测量过程中，将R1-R4四个电阻值分别取40KΩ、100KΩ、5KΩ、800KΩ，在公式中代入这些数值，能够得到差分放大器输出电压计算公式：

Vm=46Vo-160Vr

因为Vr是被施加的基准电压，因此可将其当作差分放大器的输出电压，并且在公式中使用两次提升的负载电流数值，便能够实现对差分放大器输出电压数值的测量。如果Vo1为15V，Vm为0;基于Vo2为15.004V，Vm=0.184V，差分电路使4mV电压扩增46倍。上述数据是对电压表量程的设置，如果将其值设为1V，这时如果电压表精度为0.1%，其准确度便是1mV，能够准确测量被测量器件的微弱信号，并进行46倍的放大处理，使电压表的精度要求下降，这样测量结果的准确率也会大大提升[2]。

结语：

本文对差分放大电路的特点以及对于电源管理期间的测量方法展开分析，使用差分放大电路能够有效放大微小电压变化数值，能够使测量结果更加准确，并且对测试仪表没有较高的精度要求。

参考文献：

[1]张静秋.基于Multisim的差动放大电路典型应用特性研究[J].电子制作，2017，（17）：74-76.

[2]张博，王云娜，孙景业，等.一种宽带可编程增益放大器设计[J].电子设计工程，2018，26（20）：119-123.

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