多年前，我曾經(jīng)參與了一項(xiàng)開發(fā)項(xiàng)目，其中使用的直流(DC)主直流穩(wěn)壓電源是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開放式機(jī)架單元，它需要以大約20A電流為機(jī)箱的相對較遠(yuǎn)部份提供5V電壓。由于作為部份供電路徑的PC電路板中IR壓降引起的問題(直流穩(wěn)壓電源軌太薄，使用1oz銅取代2oz)，負(fù)載電壓僅為4.5V左右，而規(guī)格適用于5V±200mV。因此，該設(shè)計(jì)的性能不穩(wěn)定且不一致，尤其是在啟動(dòng)時(shí)。
該怎么辦呢？在快速地開會(huì)討論后，我們查看了可能的選擇。從工程設(shè)計(jì)的角度來看，第一種方案是最簡單的：直接增加額定的直流穩(wěn)壓電源輸出(供電已稍微減少了)以補(bǔ)償預(yù)期的壓降。雖然這看起來像是一種簡單的解決方案，但生產(chǎn)人員可不喜歡在組裝在線逐一手動(dòng)調(diào)整每個(gè)單元的想法；修理人員也不想到了現(xiàn)場替換直流穩(wěn)壓電源時(shí)還得重復(fù)做同樣的事情(而且這是在現(xiàn)實(shí)中易于忽略的一步)。因此，從工程角度來看，這項(xiàng)看起來簡單的解決方法有充份的理由必須被駁回。
然后馬上有人提出了另一個(gè)想法：為什么不使用內(nèi)建于直流穩(wěn)壓電源中的遙測(remote-sensing)功能？直流穩(wěn)壓電源的遙測設(shè)置包括兩個(gè)直流穩(wěn)壓電源導(dǎo)線和兩個(gè)來自直流穩(wěn)壓電源的感測導(dǎo)線，這些導(dǎo)線都連接至直流穩(wěn)壓電源負(fù)載。使用這種方案時(shí)，直流穩(wěn)壓電源是在負(fù)載上(而非輸出端)感測實(shí)際電壓，并調(diào)整負(fù)載本身以保持負(fù)載所需電壓，而無論過程中發(fā)生任何IR壓降。這正是開爾文(Kelvin)感測的變化版本，特別是用于需要準(zhǔn)確評估電阻器上的電流以及其他測試和量測場合。
這做起似乎很簡單，而且唯一的「代價(jià)」是負(fù)載和直流穩(wěn)壓電源之間兩條相對較細(xì)的走線(與實(shí)際直流穩(wěn)壓電源線不同的是，它們攜帶的電流可忽略不計(jì))。這樣的方案在制造上是可行的，現(xiàn)場維修也沒問題。我們高度樂觀地認(rèn)為馬上就能解決這個(gè)問題，接著繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
但是，事情可沒這么簡單就結(jié)束。沒錯(cuò)，負(fù)載上的DC電壓似乎沒什么問題，但DC直流穩(wěn)壓電源軌卻也發(fā)生了許多噪聲，甚至經(jīng)常出現(xiàn)振蕩。我們才剛剛采納這項(xiàng)最佳想法，但看起來似乎沒那么好。我們的下一步是「咨詢」另一項(xiàng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的專業(yè)電力子系統(tǒng)/模擬工程師。
現(xiàn)實(shí)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)
這就是從現(xiàn)實(shí)世界的經(jīng)驗(yàn)中獲得教訓(xùn)的最佳寫照。他甚至不必實(shí)際看到電路、系統(tǒng)或示波器，就告訴我們問題可能出在感測線路中的噪聲拾取。然后他繪制了一張簡單的草圖，顯示直流穩(wěn)壓電源實(shí)際上只是一個(gè)特定的閉路負(fù)反饋放大器，專用于以固定電壓值提供可變電流，類似圖1。匹配輸出與參考的直流穩(wěn)壓電源反饋回路通常實(shí)體上都很小，而且完全位于直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部，因此相對較不受噪聲拾取的影響。
直流穩(wěn)壓電源是具有閉路負(fù)反饋的專用放大器；其反饋回路的路徑和特性會(huì)對功率放大器的性能造成不利影響（來源：Venable Instruments）
但是當(dāng)你使用遙測功能時(shí)，可以將回路延伸至更寬廣的環(huán)境中，不僅能拾取噪聲(以回路而言，它算是不錯(cuò)的「天線」)，還可以為路徑增加更多阻抗?，F(xiàn)在，它處于一個(gè)稍微穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，遙測功能應(yīng)該能最大限度地減少IR壓降效應(yīng)，但也會(huì)引發(fā)各種問題。
因此，現(xiàn)在問題改變了：如何處理這種噪聲和振蕩？顯而易見的解決方案是在遙測導(dǎo)線上增加濾波功能，以衰減噪聲拾取，并可能切換到隔離線。但是，至于什么才會(huì)起作用，一切都非常微妙，而且還完全取決于噪聲而實(shí)現(xiàn)。此外，在遙測回路添加濾波功能，也會(huì)對回路動(dòng)態(tài)產(chǎn)生其他效應(yīng)。
最后，我們做了一開始就應(yīng)該做的事情：盡量減少IR壓降。我們增加了一些PC電路板的支座型母線(幸好邊緣附近還有空間)，并且在直流穩(wěn)壓電源和系統(tǒng)的更遠(yuǎn)部份之間添加了一些電線，而非完全依靠pcb走線作為實(shí)體DC軌。當(dāng)DC軌穩(wěn)定后，IR壓降大幅下降，而且一切都很順利。
但我們清楚地學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是：出于善意提供的功能(此處是指直流穩(wěn)壓電源供貨商的遙測功能)在某些情況下也會(huì)適得其反，特別是未經(jīng)仔細(xì)考慮后果的情況下采用。這實(shí)際上是我們學(xué)到的第二課。第一課是進(jìn)行一些基本的IR壓降計(jì)算(這些計(jì)算并不難)，然后在系統(tǒng)規(guī)劃中添加一些余量。如果IR壓降使您的設(shè)計(jì)處于「灰色區(qū)域」或更糟，請使用更寬的PC電路板走線、更厚的銅線、電線分線盤、獨(dú)立導(dǎo)線——無論如何都必須要有干凈穩(wěn)定的DC額定電壓，同時(shí)考慮到直流穩(wěn)壓電源本身的輸出容限。
畢竟，穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源軌是提供一致、可靠性能的基礎(chǔ)，只要有任何一丁點(diǎn)「怪異」出現(xiàn)都可能導(dǎo)致各種詭異、間斷且難以除錯(cuò)的電路行為。一旦出現(xiàn)了「隨機(jī)」的工程問題，就算可以依靠方便的功能(例如遙測)來解決問題，也可能讓事情變得更糟糕。
您是否使用過哪一種看起來方便且可接受的「解決方案」，實(shí)際采用后卻發(fā)生與預(yù)期相反的效果？
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