基于超级电容器储能的直流DVR装置设计与实现

最新更新时间:2013-08-16来源: 21ic关键字:电容器  DVR装置设计 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

理想的数/模转换器(DAC),其输出电压或电流与输入呈理想的线性关系,不受其它外部因素(如温度)的影响。当然,实际应用中,DAC必然会受各种外部因素的影响而出现误差,温度就是一个明显因素,DAC输出会随温度的变化而漂移。当用高精度DAC精确建立偏置电压时,这一点尤为重要。我们可以校准所有静态漂移,而随温度变化部分却很难补偿,温度引起的误差主要是:失调误差和增益误差。

本文介绍了如何确定DAC的失调误差、增益误差与温度的关系,帮助设计者在设计过程中预先考虑这些误差因素,掌握这些知识也有助于保证系统在温度特性方面满足规范要求。

失调和增益误差

如上所述,很多误差因素会影响DAC性能,比如失调误差和增益误差,DAC器件数据手册的“静态精度”参数部分显示了这些因素的影响。图1为MAX5134 16位、4通道DAC的规格。

 

 

注4:增益和失调测试,测试点位于100mV和AVDD

图1:MAX5134的失调和增益误差。

这些参数对DAC性能意味着什么?

失调误差通常定义器件在过零点时的输出,对于单极性输出,该值是零码对应的输出,通常称为零码误差;对于双极性输出,则定义在中间码值对应的DAC输出。

增益误差是传输函数的斜率,对于MAX5134,斜率介于理论值的99.5%-100.5%之间。

图2给出了失调误差和增益误差,注意,失调和增益误差可以为正,也可以为负。

 

 

图2:失调和增益误差。

通常我们不会直接测量失调和增益误差,如果一个单极性器件表现出负的失调误差,零码处的测试结果显然不正确。因为单极性DAC通常采用单路正电源供 电,DAC将无法产生负值。可以测试两个点,然后计算得到失调和增益误差,一个测试点靠近零码,另一侧试点靠近最大码值,甚至位于最大码值。对于MAX5134,可以选择100mV和电源AVDD两个测试点,测试条件参见图1注释4 (注4:增益和失调测试,测试点位于100mV和AVDD,参见MAX5134数据手册,可从Maxim网站下载)。

下面考虑温度的影响,失调误差和增益误差都会随着温度的变化发生漂移,对于那些利用DAC准确设置偏置电压的应用,温漂的影响更大。如果失调和增益误差固定,则可通过多种技术进行校准。总的来说,温漂校准是一项非常复杂的工作,首先需要测量温度,然后根据温度值采取相应的补偿。

计算示例和典型结果

此处以MAX5134为例,通过对大量器件的评估统计,我们可以得到最大静态误差。我们先定义几个概念或等式,以便计算误差范围。

VOUT = N × G × (GE + GET) + OE + OET

 

 

此处:VOUT = 输出电压

N = DAC输入码值

G = DAC增益

GE = DAC增益误差

GET = 温度变化产生的附加增益误差

OE = DAC失调误差

OET = 温度导变化产生的附加失调误差

VREF = 基准电压

NMAX = DAC最大码值

参数的失调误差漂移是±4μV/℃,采用箱形法。为了确定温度失调,可以利用温漂系数乘以温度范围,注意,此处的温度范围指的是器件规定的工作温度范围,而非实际应用的温度范围,本例即为:-40℃至+105℃,而温度导致的失调漂移为±0.58mV。同样,增益温漂系数是2ppm/℃,相当于±0.029%FS(满量程)。

对第一个例子,我们采用2.5V基准电压VREF,DAC是16位器件,即最大码值NMAX为65535。

另一个问题是使用的便捷性,最好把失调和增益误差指定为“最小/最大”值,而温度影响只能定义为典型值。我们可以用典型值或凭经验估计整个范围内的变化情况,此处采用典型值。

图3所示曲线为初始误差输出电压与输入码之间的关系图。这是一个实际DAC器件的特性曲线,这组曲线比图2靠得更紧,不易分析,所有最好画出它们与理想曲线之间的偏差,如图4所示。图4也给出了包括温度影响的整体误差。

 

 

图3:DAC输出与输入码之间的关系图,显示了增益、失调误差的影响,基准电压为2.5V。

 

 

图4:DAC输出误差与输入码之间的关系,基准电压为2.5V。

从图中可以看出,温度的影响远低于初始误差,所以,即使数据手册只给出了温度特性的典型值,也不会对整体误差产生显著影响。零码处的整体误差为±0.423%FS (±10.6mV),最大输入码处的整体误差为±0.952%FS (±23.8mV)。

可以采取一些改善措施,如提高基准电压。由于增益误差是以满量程的百分比(%FS)规定的,它的绝对值会变大,但失调误差的绝对值不会变大。因而,可以通 过提高基准电压来提高满量程输出电压,然后再从外部把DAC的输出降到所要求的电压,这样,增益误差恢复到原来的数值,而失调误差却可以减小。图5显示了这种方法的效果。

 

 

图5:DAC输出误差与输入码之间的关系示例,基准电压为2.5V。

零码处,整体误差为±0.212%FS (±5.3mV);最大码处,整体误差为±0.740%FS (±18.5mV)。

当然,此结果忽略了输出分压器引入的误差。但这种方法是完全可行的,因为输出分压器可以采用精密分压器,比如MAX5490,其比率精度的温度特性可以达到±0.05%。当然,对DAC输出进行分压的缺点是降低驱动能力,需通过运放改善输出驱动,这又会引入额外的误差,对此方法的深入讨论不在本文范畴。

结论

本文讨论了影响DAC精度的失调误差和增益误差,也通过例子给出了如何计算最差条件下的误差,并提供了一些改善整体误差的建议。

关键字:电容器  DVR装置设计 编辑:探路者 引用地址:基于超级电容器储能的直流DVR装置设计与实现

上一篇:利用数字预失真线性化宽带功率放大器
下一篇:高性能、低饱和线性稳压器

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:24

什么是超级电容器?首台锂离子超级电容器纯电动客车正式下线
近日,江海股份有限公司官方称,江海股份与金龙联合汽车工业有限公司一同合作开发打造的首台锂离子超级电容器纯电动客车正式下线。锂离子电池大家都不陌生,但什么是超级电容器,又为什么要作用到纯电动客车上呢?TeTe带大家来盘一盘。 客车作为日常通勤中公交车的主要载体,每一站都要进行停靠上下客,虽然新能源纯电动的客车已经逐渐投放普及到日常的通勤中,但由于工作性质,客车在运营过程中会进行频繁的起步,起步的过程会瞬间需要大量的电池功率,这不仅对电动汽车的电池会进行高度的损耗,而且当电池需要更换的时候,回收所带来的污染可能还不如纯燃油车型低。 这时候就急需一个装置可以承受瞬时的高功率,并且为了安全的考虑,还必须可以承受更高的工
[汽车电子]
什么是超级<font color='red'>电容器</font>?首台锂离子超级<font color='red'>电容器</font>纯电动客车正式下线
混合动力车用锂离子电容器的开发(一)
    FDK开发出了输出功率高、充放电循环特性出色的锂离子电容器。现已开始用于高电压暂降补偿装置和太阳能发电的负荷平均化等领域,此外,其在混合动力车等需要高输出功率的汽车领域的应用也有进展。本文将由FDK介绍锂离子电容器的特性以及面向混合动力车等采取的举措。   近年来,为应对化石燃料枯竭和防止地球变暖,人们采取了各种对策。针对化石燃料问题,积极导入了太阳能发电和风力发电等自然能源。在防止地球变暖方面,开始针对CO 2 排量高的汽车实施电动化及马达辅助驾驶等减排对策。   但这些对策导致电力系统不稳定和用电量增加等新课题浮出了水面。要解决这些课题,蓄电元器件必不可少。   此前的蓄电元器件一直以锂离子充电电池(L
[汽车电子]
混合动力车用锂离子<font color='red'>电容器</font>的开发(一)
超级电容器国内外应用现状研究
1、超级电容器的原理与分类 超级电容器主要由阴阳两电极、电解质溶液、分离器和集流器组成,其中浸在电解液中的分离器使阴阳电极保持分离。超级电容器基于电极/电解液界面的充放电过程进行储能,其储能原理与传统电容器相同,但更适合于能量的快速释放和存储。 与传统电容相比,超级电容具有更大的有效表面积,可使其电容量比传统电容提高1万倍,同时还可保持较低的等效串联内阻和高的比功率。 根据电荷储存原理的不同,超级电容器可以分为三大类别:双电层电容器(EDLC,electricdou-ble-layercapacitor)、赝电容器(PC,pseu-do-capacitor)以及混合超级电容器(HSC,hy-bri
[新能源]
超基础:指针万用表测量电容器方法分享
  方法1:找一个β≥250的晶体三极管(要求穿透电流要小),如一时找不到,可用两只同型号的三极管复合成达林顿形式,见图1。将被测电容并接在三极管的c-e结(若为有极性电容则电容正极接三极管c极),然后用万用表R 10k挡,黑表笔接c极,红笔接e极,见图2,观察表针瞬时摆动程度。照此法用几个已知容量的正常(高精确度)的电容反复测试,记录下表针每次的瞬时最大摆动幅值,l进行处理计算,算出表盘上每小格应代表的电容值,备日后参考之用。对电容进行测量时,通过对所测电容表针摆动幅度与参考幅度进行比较可判断电容的好坏。   方法2:找一个高精确度已知容量的电容(耐压250V以上)和一个自耦输出电压可调的变压器,见图3。Cn为已知电容,Cx
[测试测量]
超基础:指针万用表测量<font color='red'>电容器</font>方法分享
电容器的检测方法与经验
1、固定电容器的检测 。A检测10pF以下的小电容因10pF以下的固定电容器容量太小,用万用表进行测量,只能定性的检查其是否有漏电,内部短路或击穿现象。测量时,可选用万用表R×10k挡,用两表笔分别任意接电容的两个引脚,阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)为零,则说明电容漏电损坏或内部击穿。B检测10PF~001μF固定电容器是否有充电现象,进而判断其好坏。万用表选用R×1k挡。两只三极管的β值均为100以上,且穿透电流要小。可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。由于复合三极管的放大作用,把被测电容的充放电过程予以放大,使万用表指针摆幅度加大,从而便于观察。应注意的是
[测试测量]
TDK宣布量产0402尺寸高Q特性的薄膜电容器新产品
・ 实现窄公差、高Q特性、高SRF(自谐振频率)特性 2013年慕尼黑上海电子展产品亮点 TDK株式会社集团下属子公司TDK-EPC(社长:上釜健宏)成功开发出使用于智能手机、手机、无线局域网等的功率放大器电路以及高频匹配电路的最小0402尺寸的薄膜电容器(产品名称:Z-match TFSQ0402系列),并将从2011年8月开始量产。 该产品将TDK多年来在HDD磁头制造方面所积累的“薄膜技术”用于高频元件的工法中,同时实现了面向智能手机等高性能移动设备和高频模块产品的高特性与小型超薄化。尤其值得一提的是,凭借薄膜工法实现了优良的窄公差特性(W公差:±0.05pF),并通过薄膜材料和最佳形状设计,与以往产品相比
[手机便携]
逆变系统直流支撑电容器的应用
  1、引言   在现代电力电子行业中,整流以及逆变 电源 系统得到了长足的发展。而在此电源系统中,直流支撑电容器的作用是防止因负载的突变造成直流母线以及电容器本身的寄生电感产生感生电动势而导致直流母线电压大幅度突变。本文主要介绍金属化薄膜直流支撑电容器本身的杂散电感的减小方案以及产品内部电流分布方案的探讨。目的是最终使得DC-Link电容器产品具有较低的发热损耗以及比较均匀的温度分布。   2、原理简述   直流支撑电容器(即DC-Link电容器)在电力系统中的典型应用电路如图1所示,图中Ls为系统连线的寄生电感。      图 1   在此应用场合中,可以视IGBT逆变器为整流电路的负载,此开关器件负载具有突变电流,
[电源管理]
逆变系统直流支撑<font color='red'>电容器</font>的应用
薄膜贴片电容器市场分析暨未来走势预测
为了阻止开关模式电源滤波市场从标准的5毫米PET薄膜电容器转向表面贴装多层陶瓷贴片电容器,薄膜电容器产业在1995年到2005年这十年间投资了数百万美元,以开发具有以下特性的薄膜贴片电容器:可以表面贴装;能够承受焊接温度;价格与有引线的直流薄膜电容器市场相当;提供基于薄膜的电容器的全部最佳特点。自从1995年以来,SMD薄膜贴片电容器市场取得了明显的增长,这些主要采用聚苯硫醚电介材料的薄膜贴片电容,最好地实现了上述四种特点,但平均单位价格较高。 全球市场观察 SMD薄膜电容器的增长源于两个方面。一是基于从有引线薄膜电容器到表面贴装电容器的传统过渡效应,因为设计工程师在CATV、dc/dc砖式转换器、音频和照明等最终市
[焦点新闻]
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved