news 2026/5/14 14:43:33

高可靠电源设计中输出电压灵活调节的方法与实践

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张小明

前端开发工程师

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高可靠电源设计中输出电压灵活调节的方法与实践

在复杂的电子系统中,不同功能单元往往需要多种电压等级,但电源模块的物料种类应尽量精简以降低采购和库存成本。DC-DC模块提供的输出电压调节(Trim)功能允许设计师使用同一型号模块产生略高于或低于标称值的电压,适应特定负载需求。本文以智腾1/8砖系列为例,系统介绍输出电压调节的原理、计算公式及工程注意事项。

一、调压功能的分类
根据规格书,1/8砖模块的调压功能分为两类:
类型一:80%~110%调节范围
适用于Z18系列(9-40V输入)和Z28E3V3M100NNA等型号。可以在标称输出电压的80%至110%范围内线性调节。
类型二:50%~110%调节范围
适用于Z28系列大部分型号(如12V、15V、24V、28V输出)及Z48系列。这类模块下调范围更宽,可达标称值的一半,为系统提供了更大的灵活性。但需注意:在输入电压较低时(如16-18V),Z28系列的调压范围可能受限于最大占空比,实际只能达到50%-100%。

二、调压电路的基本原理
模块的TRIM引脚(引脚6)用于输出电压调节。通过在该引脚与VOUT+(正输出)或VOUT-(负输出)之间连接外部电阻,改变反馈网络的等效分压比,从而调整输出电压。
上调(Vout > Vo):在TRIM与VOUT-之间接电阻Rtrim-down(注:不同规格书命名可能相反,需根据公式确认)
下调(Vout < Vo):在TRIM与VOUT+之间接电阻Rtrim-up
各规格书的第13节给出了具体公式。但不同输出电压型号的公式形式不完全相同:3.3V和5V型号使用一种公式,12V及以上型号使用另一种公式。以下分别说明。

三、3.3V/5V输出型号的调压公式
以Z18E05M120NNA(5V标称)为例:
上调(输出高于5V):

其中Vo=5V,Vout为目标输出电压。注意:此公式中的Rtrim-up是接在TRIM和VOUT+之间。
下调(输出低于5V):

Rtrim-down接在TRIM和VOUT-之间。
计算示例:需要将5V模块调高至5.5V(上调10%)。

选用标准电阻41.2KΩ或42KΩ。

四、12V及以上输出型号的调压公式
以Z28E12M160NNA(12V标称)为例:
上调公式:

其中Vo=12V,Vout为目标上调电压。
下调公式:

计算示例:将12V模块下调至10V。

选用4KΩ电阻(接在TRIM与VOUT+之间)。
上调示例:将12V上调至13.2V。

计算12/1.225≈9.7959,减2得7.7959。分子:7.7959×13.2≈102.91,加12得114.91。分母1.2。结果≈95.76KΩ。
注意:公式复杂,建议通过厂商提供的在线计算工具或Excel表格辅助计算。

五、调压时的注意事项

  1. 调压不影响保护功能
    过压保护(OVP)设定值是基于标称输出电压的百分比。例如Z28E12M160NNA的OVP为14.4-16.0V,当上调至13.2V时仍远低于OVP阈值;但若过度上调,可能触发OVP。设计时应确保目标输出电压不超过OVP下限的80%-90%留有裕量。
  2. 输出功率限制
    调压后模块的最大输出功率仍应不超过额定功率。例如5V/120W模块上调至5.5V,最大输出电流为120W/5.5V≈21.8A,而非原标称25A。过流保护点(26.5-36A)依旧有效,但应确保实际负载电流不超出降额后的限值。
  3. 输出电容调整
    调压后,建议输出电容的耐压值相应调整。上调至5.5V时,原推荐25V耐压电容足够;上调至28V时,输出电容耐压应选50V。
  4. 远端采样(SNS)的影响
    规格书提供远端采样引脚(+SNS和-SNS),用于补偿负载端压降。当使用调压功能时,远端采样应正确连接至负载端,否则调压精度会受影响。典型应用图中显示了SNS与VOUT的连接方式。
  5. 不推荐过度调压
    虽然手册允许50%-110%调节,但建议尽量在标称电压的±10%以内使用。超出此范围可能导致环路稳定性下降、动态响应变差或纹波增大。

六、免调压设计的建议
如果系统需要的电压与模块标称值差异超过10%,建议直接选择输出规格更接近的模块,而非依赖大幅度调压。因为:
大幅度调压(如12V下调至6V)会导致效率显著下降,损耗增加
反馈环路的增益会改变,可能引起振荡
模块的额定输出功率未变,但调低压后电流能力增大,需确保过流保护点仍能有效保护后级
智腾提供了丰富的输出电压选项(3.3V、5V、12V、15V、24V、28V、36V、48V、50V等),绝大多数需求可以直接匹配,无需调压。

七、结论
TRIM调压功能为设计提供了灵活性,适用于微调电压(如5V调至5.1V补偿线路压降)或临时测试需求。工程应用中应严格遵循规格书提供的计算公式,选用合适精度(±1%或更好)的电阻,并考虑调压后输出功率限值、OVP裕量和输出电容耐压。当需求电压与标称值差异较大时,优先选择更匹配的模块型号,以保障系统性能与可靠性。

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