补偿电缆压降方案

在最初的大电流充电下，充电设备上的电压很可能过度“下降”，设备通过降低充电电流做出响应。较低的充电电流有效地提高了内部电池充电器可用的电压，使其能够正常工作。此操作可能会显着增加充电时间，具体取决于最终充电电流水平。这只是过度的电缆电压下降会对系统运行产生负面影响的情况的一个例子。

负载下器件的电压精度是一个关键的设计参数。如果系统负载远离电源输出，并且不使用远程感应，则负载上的电压可能会大大低于预期值。这种电压下降通常是由薄电路板蚀刻、连接器接口和布线电阻造成的。这种情况在负载电流较高时会变得更糟，进一步降低负载的工作电压，并可能导致电路运行不稳定。

典型的 USB 电缆接口接触电阻约为 30 毫欧。由于有四个连接(每个电缆端两个)，这表示 0.12 欧姆。假设每条电源线使用标准的 24AWG 电线和 1 米的电缆长度，则总电线电阻为 0.166 欧姆。总预期电缆和接触电阻为 0.286 欧姆。如果转换器设计为提供 2.1A 的最大输出电流，则电缆两端的预期电压降为 0.6V。对于 5.0V 的固定转换器设定电压，电缆末端的电压将降至 4.4V。这远低于大多数 5V 负载的下限，很容易看出大电流负载如何产生潜在问题。

该解决方案添加了一个检测电阻器来监控输出电流。差分运算放大器 (diff amp) 放大检测电阻两端的电压，并使用该电压将电流注入控制器的反馈 (FB) 引脚。这种“正反馈”会随着负载的增加而增加输出电压。

下图显示了电路实现。差分放大器具有 50 V/V 的固定增益，该增益足以最大程度地减少检测电阻器的损耗，但仍能提供准确的控制电压。所示电路使用 INA213A，但也可以使用分立运算放大器 (op amps) 实现。差分放大器的输出电压等于 REF 引脚上的电压减去检测电压，再乘以 50 V/V 的增益。

REF 引脚上的电压由转换器输出端的电阻分压器设置，增益为一半。由于差分放大器的内部阻抗会影响 REF 引脚上的电压，从而使结果产生偏差，因此最好使用远小于差分放大器电阻的分压器电阻值。假设转换器输出为 5.0V 且负载电流为零，则差分放大器输出将为 2.5V。对于 2.1A 负载电流，差分放大器输出降至 2.5V 以下，注入 FB 节点的电流更少。这种降低会导致控制器增加其输出电压以保持恒定的 FB 电压。

随着负载电流的增加，转换器的输出电压按预期增加。该电压是在反馈电阻分压器 R1/R2 上测量的。或者，如果没有实施下垂补偿，输出电压会显着下降。中间曲线显示了在测试电缆末端测得的补偿电压，并产生了几乎平坦、调节良好的电压。

电源转换器后的布线和电路阻抗可能会导致下游电压在重载时下降，从而产生潜在的系统问题。低系统电压会导致电源循环、闩锁情况或系统性能下降。当系统阻抗已知时，这种低成本、简单的电路提供了一种通过实现压降补偿来稳定系统电压的方法。