AC/DC電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計工程師使用微調(diào)電位器校準差模誤差和共模誤差時，需要由操作人員在生產(chǎn)過程中進行手工調(diào)整，以消除偏移誤差和增益誤差。這些誤差是由于非理想元件引起的，例如，電流檢測電阻器和運算放大器。這是一個浪費成本和時間的調(diào)整過程，最后仍會留下誤差。當(dāng)機械應(yīng)力造成微調(diào)電位器的數(shù)值改變時，在工作現(xiàn)場也會出現(xiàn)誤差。新的電源控制集成電路（IC）具有通過SMBbus總線對電源進行設(shè)置以完成這種調(diào)整和校準的能力。目前已經(jīng)開發(fā)出自動完成這種調(diào)整過程的軟件校準程序和接口硬件。本文將介紹一種軟件程序與ADM1041 電源控制器IC和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）一起工作來實現(xiàn)這種自動校準過程的方法。它還可控制一個可在校準期間按需要施加負載的開關(guān)。這樣既可保證可靠性、可重復(fù)性、低成本和快速的校準和調(diào)整，同時也提高了調(diào)整精度。本文還介紹了如何能夠?qū)⒃撾娫崔D(zhuǎn)換器設(shè)置成具有系統(tǒng)監(jiān)視功能〔例如，過流保護（OCP）〕和故障監(jiān)視功能的完整設(shè)備。圖1給出了校準設(shè)備的框圖。
共模調(diào)整
當(dāng)使用一個檢測電阻器和電流檢測放大器檢測高側(cè)電流時，必需進行共模調(diào)整。這樣做的目的是使共享總線電壓僅隨負載電流變化，而與負載電壓變化無關(guān)。
電流檢測調(diào)整問題對于電源至關(guān)重要。對精度的突出要求是在一個10mV信號的系統(tǒng)中必須消除高達40mV的共模誤差。按照正確的順序進行調(diào)整也很重要。首先需要進行共模調(diào)整，以便消除后面共享總線要求的差模調(diào)整引起的誤差。
高側(cè)電流檢測需要一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò)以便電流檢測放大器輸入端提供正常電壓。這種調(diào)整能夠消除外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)以及內(nèi)部電流檢測放大器引起的誤差。圖2給出了一個理想的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。
考慮一下圖2如果中有一個電阻器由于1%允許誤差對輸出端誤差的影響。在本例中，這可在共享總線輸出端產(chǎn)生10% 的誤差，見圖3。產(chǎn)生這樣大的輸出誤差的原因是由于輸入信號被放大了（對輸出有用的）100倍。因此任何誤差也同樣被放大了。
如果4個電阻器的阻值全都不精確就會使問題擴大。如果這些阻值誤差導(dǎo)致高側(cè)輸入低于低側(cè)輸入，情況會進一步復(fù)雜化。ADM1041允許改變斜率調(diào)整的極性以解決這個問題。輸入放大器也有與自身相關(guān)的誤差。為此，ADM1041允許利用其各自的寄存器單獨地調(diào)整共模偏移和斜率。ADM1041還允許通過設(shè)置另一個寄存器來改變輸出電壓。由于使用ADM1041寄存器能改變輸出電壓，所以用戶能夠模擬在電源中可能出現(xiàn)的最大共模誤差。
在共模誤差調(diào)整期間，電源輸出是導(dǎo)通的，不施加負載電流。有些偏移誤差是暫時引入的，會在校準的最后予以消除。通過軟件設(shè)置ADM1041可改變輸出電壓，以便模擬共模誤差變化。利用ADC記錄最大輸出電壓和最小輸出電壓，并將結(jié)果反饋給軟件。軟件能夠確定斜率應(yīng)當(dāng)具有的極性。然后將共模斜率寄存器設(shè)置為一個已知的量（例如，100LSB）。再次記錄最小電壓和最大電壓，根據(jù)這些測量結(jié)果，軟件能夠計算出消除共模誤差所需的正確的斜率，見圖4。
調(diào)整共模誤差的步驟如下：
1. 接通電源輸出，不施加負載電流。
2. 設(shè)置Reg 15h為某個偏移值，例如C0h，這個VSHARE 電壓可從接地端去除。
3. 設(shè)置Reg 19h 使Vout =Vmax，讀出VSHARE 電壓值，結(jié)果記為A。
4. 設(shè)置Reg 19h 使Vout =Vmin，讀出VSHARE電壓值，結(jié)果記為B。
5. 如果A > B，那么設(shè)置Reg 16h 極性為單極性。
6. X = A－B。
7. 增加Reg 14h到100bit（設(shè)置Reg 14h = 64H）以便引入暫時偏移。
8. 設(shè)置Reg 19h 使Vout =Vmax，讀出VSHARE ，結(jié)果記為C。
9. 設(shè)置Reg 19h 使Vout=Vmin，讀出VSHARE ，結(jié)果記為 D。
10. Y = C－D。
11. X 應(yīng)大于Y。如果不大于，那么Reg 16h的極性設(shè)置不正確。
12. 將Reg 14h 增加100步長，從(A－B) 到 (C－D) 的操作中減去誤差。
13. 計算在Reg 14h中一個bit 變化引起的改變，結(jié)果記為1STEP。
14. #_STEPS =（A－B）/1STEP。
15. 將Reg 14h 設(shè)置為“#_STEPS ”。
16. 共模誤差現(xiàn)在已經(jīng)被校準。設(shè)置Reg 15h為00h，這樣消除前面引入的偏移。
17. 檢驗經(jīng)過校準的共模誤差。
18. 設(shè)置Reg 19h使Vout =Vmax，讀出VSHARE ，結(jié)果記為E。
19. 設(shè)置Reg 19h 使Vout =Vmin，讀出VSHARE ，結(jié)果記為F。
20. E－F 應(yīng)等于0。
負載電壓調(diào)整
進 行負載電壓調(diào)整是為了使負載電壓設(shè)定為正確的值。另外，電壓檢測輸入的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)也會引起誤差，正如輸入放大器本身會引起誤差一樣。ADM1041允許調(diào)整負載電壓。在一個12V系統(tǒng)中，控制器IC的輸出電壓分辨率可以達到12mV（0.1%誤差）。這在240mV（2%誤差）典型需求內(nèi)通常是很好的。精確調(diào)整負載電壓可使電流共享系統(tǒng)更為平衡。這會提高產(chǎn)品在電流共享和熱平衡方面的可靠性。利用這種調(diào)整，還可以有意在輸出電壓中引入一個偏移量，以補償線路損失。
軟件首先設(shè)置負載電壓的零衰減。通過ADC，先測量負載電壓，然后對ADM1041設(shè)置一些衰減（例如，50LSB）。（用50LSB代替1LSB可以達到更精確的結(jié)果，因為測量的是平均值）。利用ADC再次測量新的負載電壓。根據(jù)這兩次測量結(jié)果，軟件能夠準確地計算出一個LSB產(chǎn)生的衰減量。因而可以計算出達到要求的負載電壓所需要的衰減量。對ADM1041設(shè)置這個衰減值。因此在電源輸出端就會得到正確的負載電壓。
負載電壓調(diào)整的步驟如下：
1.接通電源輸出，施加一半的負載電流。
2. 設(shè)置Reg 19h為00H，讀出Vout，結(jié)果記為A。
3. 將Reg 19h步長增加為100。Reg 19設(shè)置為64H，讀出Vout，結(jié)果記為B。
4. （A -B）就是100步長負載電壓的變化量。
5. ONE_STEP =（A -B）/ 100，這是一個步長負載電壓的變化量。
6. 計算設(shè)置Reg 19h的步長數(shù)NUM_STEPS以得到正確輸出電壓，公式為：NUM_STEPS =（A - Vdesired）/ ONE_STEP。
7. 將Reg 19h 設(shè)置為NUM_STEPS。
8. 輸出電壓現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)被設(shè)置為正確的值。
差模調(diào)整（共享總線調(diào)整）
進行差模調(diào)整是為了使共享總線電壓對于給定的負載電流達到準確。如果檢測電阻不精確，就會造成誤差。應(yīng)該將這些誤差消除。通過前面進行的共模調(diào)整，共模誤差已經(jīng)消除。共享總線指標還會因設(shè)計的不同而變化。利用寄存器能夠校準共享總線意味著相同的電路可用于不同的共享總線，而且只需改變寄存器內(nèi)容。使用外部運算放大器的共享總線，電壓范圍大于5V，也可以用這種方法進行調(diào)整。與共模調(diào)整的情況一樣，差模調(diào)整也可通過一個獨立的寄存器對共享總線偏移和斜率進行獨立的調(diào)整。校準期間需要施加和撤去負載，可以使用一個能在SM總線上通信的開關(guān)（例如，ADG715）根據(jù)需要來施加或撤去負載。
在調(diào)整過程開始之前，軟件需要知道系統(tǒng)的某些指標。它要請求無負載和滿負載共享總線電壓指標。接通電源輸出，不施加負載。第一步是設(shè)定無負載共享總線電壓。ADM1041上有一個專用于此的寄存器。這樣，當(dāng)共享總線偏移寄存器變化1LSB時，軟件就可利用ADC測量共享總線電壓的變化。根據(jù)測量結(jié)果，軟件可計算出將共享總線無負載電壓調(diào)整為要求值所需的LSB數(shù)，然后將其設(shè)置到共享總線偏移寄存器。
下一步是校準滿負載共享總線電壓。此時，軟件與連接滿負載與電源的開關(guān)進行通信。共享總線電壓由ADC進行測量，結(jié)果送回軟件。ADM1041的共享斜率寄存器可增加一個設(shè)定的LSB數(shù)（例如，20）。再次由ADC測量共享總線電壓，結(jié)果送回軟件。根據(jù)這兩個測量結(jié)果，軟件可計算出將共享總線滿負載電壓調(diào)整到要求值所需的LSB數(shù)，然后將其設(shè)置到共享總線斜率寄存器，見圖5。
在這一點上經(jīng)常需要作進一步的調(diào)整。引入斜率會稍微影響偏移值。因此，無負載總線電壓可能會發(fā)生變化。軟件可以通過重新將偏移設(shè)置為要求值以及再次重新調(diào)整斜率來對其進行補償。
共享總線可調(diào)整到許多其他指標。許多電源指標是針對微小負載（例如，10%負載）而不是無負載。用戶以連接微小負載代替無負載時，可用相同的開關(guān)配置實現(xiàn)這種調(diào)整。
差模調(diào)整的步驟如下：
1. 接通電源輸出，不施加負載電流。
2. 設(shè)置Reg 05h為00H，讀出Vshro電壓，結(jié)果記為A。
3. 將Reg 05h增加到01H，讀出Vshro電壓，結(jié)果記為B。
4. ONE_STEP =（A -B）。
5. NUM_STEPS =（VSHRO_MIN－A）/ ONE_STEP。
6. 設(shè)置Reg 05h為NUM_STEPS。
7. 施加滿負載電流，讀出Vshro，結(jié)果記為C。
8. 將Reg 06增加20步長，讀出Vshro，結(jié)果記為D。
9. ONE_STEP =（C- D）/20。
10. NUM_STEPS =（VSHRO_MAX -C）/ ONE_STEP。
11. 將Reg 06h設(shè)置為NUM_STEPS，Vshro現(xiàn)在應(yīng)等于VSHRO_MAX。
12. 差模調(diào)整結(jié)束。
其他調(diào)整和結(jié)束程序
通過校準軟件還可以調(diào)整和同時設(shè)置過壓保護（OVP）、過流保護（OCP） 和欠壓保護（UVP）指標值。軟件可利用這種能力上下調(diào)整輸出電壓，以設(shè)置OVP和UVP跳變點。這些也都可以通過它們自己專用的寄存器獨立設(shè)置。
調(diào)整一旦結(jié)束，軟件就能夠?qū)⑺姓{(diào)整內(nèi)容寫入板上E2PROM。這些寄存器還可以鎖定，以使其內(nèi)容不能在現(xiàn)場或者被最終用戶修改。這樣可進一步提高安全程度。現(xiàn)在，已經(jīng)全部完成了對電源校準和調(diào)整，將來會在每次上電時使用這些數(shù)據(jù)。可以在生產(chǎn)環(huán)境中添加一個傳感器以識別新出現(xiàn)的電源。這可以作為觸發(fā)器為生產(chǎn)線的下一個電源重啟整個程序。該程序可在自動測試設(shè)備（ATE）環(huán)境中執(zhí)行。
現(xiàn)在，我們可以對AC/DC 電源轉(zhuǎn)換器進行完全自動的調(diào)整和校準。這種自動調(diào)整和校準方法可提高速度，降低成本，增強可靠性并提高精度。