AC/DC電源變換器設計工程師使用微調電位器校準差模誤差和共模誤差，它們需要由操作人員在生產過程手工調整消除失調誤差和增益誤差。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。這是是一個浪費成本和浪費時間的調整過程，最后仍會留下誤差。當機械應力造成微調電位器的數值改變時，在工作現場也會出現誤差。新的電源控制集成電路（IC）具有通過SMBbus總線對電源進行設置能夠完成這種調整和校準的能力。現在已經開發出自動完成這種調整過程的軟件校準程序和接口硬件。本文介紹了一種軟件程序如何與ADM1041 電源控制器IC和一個模數轉換器（ADC）一起工作來實現這種自動校準過程。它還控制一個可在校準期間按需要施加負載的開關。這樣保證了可靠性、可重復性、低成本和快速地校準和調整，同時也提高了調整精度。本文還介紹了如何能夠將該電源變換器設置成具有其系統監視功能〔例如，過流保護（OCP）〕和故障監視功能的完整設備。圖1示出校準設備的框圖。

圖1 . 校準設備框圖

共模調整
當使用一個檢測電阻器和電流檢測放大器檢測高端電流時，必需進行共模調整。這樣做的目的是使共用總線電壓僅隨負載電流變化，并且與負載電壓變化無關。

電流檢測調整問題對于電源至關重要。對精度突出要求是由于在一個10 mV信號的系統中必須消除高達40 mV的共模誤差。按照正確的順序進行調整也很重要。首先需要進行共模調整，以便消除后面共用總線要求的差模調整引起的誤差。

高端電流檢測需要一個電阻分壓網絡以便電流檢測放大器輸入端提供正常電壓。這種調整能夠消除外部電阻分壓網絡以及內部電流檢測放大器引起的誤差。圖2示出一個理想的電阻分壓網絡。

圖2. 理想的電阻分壓網絡

考慮如果圖2中有一個電阻器由于1%允許誤差對輸出端產生誤差的影響。在本例中，這在共用總線輸出端相應產生10% 的誤差（見圖3）。產生這樣大的輸出誤差的原因是由于輸入信號被放大（對輸出有用的）100倍。因此任何誤差也同樣被放大。

圖3. 非理想電阻器構成的分壓網絡

如果四個電阻器的阻值全都不精確會使問題擴大。如果這些阻值誤差導致高端輸入低于低端輸入，情況會進一步復雜化。ADM1041允許改變斜率調整的極性以處理這個問題。輸入放大器也有與自身相關的誤差。為此，ADM1041允許利用其各自的寄存器單獨地調整共模失調和斜率。 ADM1041還允許通過設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的最大共模誤差。

在共模誤差調整期間，電源輸出是開通的，不施加負載電流。有些失調誤差是暫時引入的，會在校準的最后予以消除。通過軟件設置ADM1041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，并且將結果反饋給軟件。軟件能夠確定斜率應當具有的極性。然后將共模斜率寄存器設置為一個已知的量（例如，100 LSB）。再次記錄最小電壓和最大電壓，根據這些測量結果，軟件能夠計算出消除共模誤差所需要的正確的斜率，見圖4。

調整共模誤差的步驟如下：

1. 開通電源輸出，不施加負載電流。
2. 為寄存器Reg 15h 設置某個失調值，例如C0h，這個V_SHARE 電壓可從接地端去除。
3. 設置寄存器Reg 19h使V_out = V_MAX，讀出V_SHARE 電壓值，結果記為 A。
4. 設置寄存器Reg 19h 使V_out = V_MIN，讀出V_SHARE電壓值，結果記為B。
5. 如果A > B，那么設置寄存器Reg 16h 極性為單極性。
6. X = A－B。
7. 將寄存器Reg 14h 增加100 bit（設置Reg14h = 64h）以便引入暫時失調。
8. 設置寄存器Reg 19h 使V_out = V_MAX，讀出V_SHARE ，結果記為C。
9. 設置寄存器Reg 19h 使V_out = V_MIN，讀出V_SHARE ，結果記為 D。
10. Y = C－D。
11. X 應大于Y。如果不大于，那么Reg16h的極性設定不正確。
12. 將Reg14h 增加100步長，從（A－B）到（C－D）的操作中減去誤差。
13. 計算在Reg14h中一個bit 變化引起的改變，結果記為1STEP。
14. 步數#_STEPS  =（A－B）/1STEP。
15. 將Reg 14h 設置為“#_STEPS  ”。
16. 共模誤差現在已經被校準。設置Reg15h為00h，這樣消除前面引入的失調。
17. 檢驗經過校準的共模誤差。
18. 設置Reg 19h使V_out = V_MAX，讀出V_SHARE ，結果記為E。
19. 設置Reg 19h 使V_out = V_MIN，讀出V_SHARE ，結果記為F。
20. E－F 應等于0。

圖4 共模誤差調整圖

負載電壓調整
進行負載電壓調整是為了使負載電壓設定為正確的值。另外，電壓檢測輸入的電阻分壓網絡也會引起誤差，正如輸入放大器本身會引起誤差一樣。ADM1041允許調整負載電壓。在一個12 V系統中，控制器IC的輸出電壓分辨率可以達到12 mV（0.1%誤差）。這在240 mV（2%誤差）典型需求內通常是很好的。精確調整負載電壓使電流共用系統更為平衡。這會提高產品在 電流共用和熱平衡方面的可靠性。利用這種調整，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。

軟件首先設置負載電壓的零衰減。通過ADC，先測量負載電壓，然后對ADM1041設置一些衰減（例如，50 LSB）。（用50 LSB代替1 LSB可以達到更精確的結果，因為測量的是平均值）。利用ADC再次測量新的負載電壓。根據這兩次測量結果，軟件能夠準確地計算出一個LSB產生的衰減量。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。

負載電壓調整的步驟如下：

1. 接通電源輸出，施加一半的負載電流。
2. 將寄存器Reg 19h 設置為00h，讀出V_out，結果記為A。
3. 將Reg19h步長增加為100。Reg19設置為64h，讀出V_out，結果記為B。
4. （A –B）就以100步長負載電壓的變化量。
5. 單步長ONE_STEP =（A –B）/ 100，這是一個步長負載電壓的變化量。
6. 計算設置Reg19h的步長數NUM_STEPS以得到正確輸出電壓，公式NUM_STEPS =（A – Vdesired）/ ONE_STEP。
7. 將Reg19h 設置為NUM_STEPS。
8. 輸出電壓現在應當被設置為正確的值。

差模調整（共用總線調整）
進行差模調整是為了使共用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。應該將這些誤差消除。通過前面進行的共模調整，共模誤差已經消除。共用總線指標還隨著設計的不同而變化。通過寄存器能夠校準共用總線意味著相同的電路可用于不同的共用總線，而且只需改變寄存器內容。使用外部運算放大器的共用總線，電壓范圍大于5 V，也可以用這種方法進行調整。和共模調整的情況一樣，差模調整也通過一個獨立的寄存器對共用總線失調和斜率進行獨立調整。校準期間需要施加和撤去負載，可以使用一個能在SM總線上通訊的開關（例如，ADG715）根據需要來施加或撤去負載。

在調整過程開始之前，軟件需要知道系統的某些指標。它要請求無負載和滿負載共用總線電壓指標。開通電源輸出，不施加負載。第一步是設定無負載共用總線電壓。ADM1041上有一個專用于此的寄存器。這樣，當共用總線失調寄存器變化1 LSB時，軟件就利用ADC 測量共用總線電壓的變化。根據測量結果，軟件計算出將共用總線無負載電壓調整為要求值所需要的LSB數，然后將其設置到共用總線失調寄存器。

下一步是校準滿負載共用總線電壓。此時，軟件與連接滿負載與電源的開關通訊。共用總線電壓由ADC測量，結果送回軟件。ADM1041的共用斜率寄存器增加一個設定的LSB數（例如，20）。再次由ADC測量共用總線電壓，結果送回軟件。根據這兩個測量結果，軟件計算出將共用總線滿負載電壓調整到要求值所需要的LSB數，然后將其設置到共用總線斜率寄存器，見圖5。

在這一點上經常需要作進一步的調整。引入斜率會稍微影響失調值。因此，無負載總線電壓可能會發生變化。軟件可以通過重新將失調設置為要求值以及再次重新調整斜率來對其進行補償。

共用總線可調整到許多其它指標。許多電源指標是針對于微小負載（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，可用相同的開關配置實現這種調整。

差模調整的步驟如下：

1. 接通電源輸出，不施加負載電流。
2. 設置Reg 05h為00h，讀出Vshro電壓，結果記為A。
3. 將Reg 05h增加到01h，讀出Vshro電壓，結果記為 B。
4. 單步長ONE_STEP =（A –B）。
5. 步長數NUM_STEPS =（V_{SHRO_MIN} - A）/ ONE_STEP。
6. 設置Reg05h為NUM_STEPS。
7. 施加滿負載電流，讀出Vshro，結果記為C。
8. 將Reg06增加20步長，讀出Vshro，結果記為D。
9. ONE_STEP =（C- D）/20。
10. NUM_STEPS =（V_{SHRO_MAX} –C）/ ONE_STEP。
11. 將Reg06h設置為NUM_STEPS，Vshro現在應等于V_{SHRO_MAX}。
12. 差模調整結束。

圖5. 共用總線差模調整

其它調整和結束程序
通過校準軟件還可以調整和同時設置過壓保護（OVP），過流保護（OCP）和欠壓保護（UVP）指標值。軟件利用這種能力上下調整輸出電壓，以設置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定。

調整一旦結束，軟件能夠將所有調整內容寫入片內EEPROM。這些寄存器還可鎖定，以使其內容不能在現場或者被最終用戶改變。這樣進一步提高了安全程度。現在，已經全部完成對電源校準和調整，將來會在每次上電時使用這些數據。可以在生產環境中添加一個傳感器以識別出現新的電源。這樣作為觸發器為生產線下一個電源重啟整個程序。該程序可在自動測試設備（ATE）環境中執行。

結論
現在，我們可以對AC/DC 電源變換器進行完全自動的調整和校準。這種自動調整和校準方法提高了速度、降低了成本、增強了可靠并且提高了精度。