浅谈PWM标准电压源的设计原理
PWM标准电压源粗解PWM源发展简史PWM是英文脉冲宽度调制的词头缩写，在开关电源中广泛应用，为大家所熟悉。PWM技术在标准电压源中的应用，估计大家就了解不多了，其实原理一样，但是为了做到高稳高分辨率，电路复杂程度就不是一般的了，有复杂的软件配合硬件电路，早期的也有用数字逻辑IC实现的软件功能。目前主流的多功能校正源几乎无一例外都使用的是PWM技术产生任意值电压。
早在60年代，日本武田就推出了PWM技术的TR6120校正源，这是第一款商品化的PWM校正源，当时叫做时间分割计数的电压源，与传统的电阻分割校正源原理完全不一样。70年代早期，FLUKE在其交流校正源5200A中，使用了这种技术。并在其后期的产品中5100系列校正源，5440系列校正源，现在主流的5700和5500系列中都用沿用这种技术。特别是5440B，把这种技术的沿用发挥到了登峰造极的地步，其优异的指标性能，至今无后来者。除了FLUKE家族，以前世界的另一大标准源供应商DATRON(WAVETEK),现在也归FLUKE旗下了，也推出了全系列的PWM标准源，早期的4000系列，后来的4700和4800系列无一例外地用PWM技术。并创造性地把PWM技术用于固定电压标准源中，开发了4910系列标准源，至今仍然是年稳指标的记录保持者。PWM电压源的原理
做过PWM斩波开关电源的朋友都知道，其输出电压的计算公式为VO=VI×(TON/T)
式中为VI输入电压，T为PWM波的周期，TON为PWM波高或者低电平的持续时间，TON/T也叫做占空比。
在开关电源中希望VO不变，但是VI会变，因此通过采样回路，改变TON就可以保持它们的乘积VO不变。
在PWM标准电压源中的原理几乎一样，只是输入的VI用高度稳定的基准电压VREF代替了，由于目前的技术已经可以把时间的稳定度做到比电压高几个数量级，因此认为式中的T也是一个恒定的不变量，只要有不同宽度的TON，那么就可以输出来不同的电压VO，稳定度与基准电压VREF几乎无差别。PWM高分辨电压源的实现方式
高分辨源至少要做到6.5位以上的分辨率，那么对于一个满度输出10V的电压，最低的分辨率是10uV，步进制也是10uV.如果使用的参考电压也是10V，那么输出10 uV时，由上面的公式可以计算出10000000/10= TON/T=1000000
就是要求TON/T的比例值为1000000，在电路中如何选取合适的T是有原则。由于PWM波的直流分量是通过低通滤波器平滑滤波所得，所以这个滤波器要设计得容易实现，那么这个T就不能太小，也就是说频率不能过于低了，否则这低通滤波器的体积将庞大无比，并且过低的频率滤波效果极其差，输出电压低频噪音大，这是标准源的大忌。如果T选到8mS以下（频率高于125Hz），滤波器的设计就比较容易实现。按8mS计算，我们可以得到TON= 8E-6 mS,也就是8nS的脉冲宽度，是一个非常窄的脉冲，目前要做到这样的窄脉冲的生成，传递到开关器件，都是非常困难的，即使要实现也不经济。那上述的产品是如何实现的呢，这就是所谓的两路PWM合成技术。原理如下，VO=VREF×﹛TON1/T+ (TON2/T )/RR﹜
使用了两路开关电路，然后通过运放做加法运算合成得到所要的电压。也就是说，要求的输出电压通过2路合成的，第一路负责V到mV级的分辨率，第二路负责mV到uV级,甚至nV级的分辨率。在保证T的同时，巧妙解决极窄TON的问题。我们以FLUKE5440B来看看这几个参数的实际值，5440B的PWM周期是83Hz，那么T为1/83，约为12.048 mS，每一路的满度计数值是24096，那么对应的最小TON是500nS，这个值用不太特殊的器件都容易实现。再来看看分辨率，5440B使用的基准电压VREF是13.25V,第一路PWM的最小分辨率是13.25V/24096，为0.5498mV。在5440B硬件电路设计中，RR（后面有解释）设计值为7200，再看第二路PWM的最小分辨率（13.25V/24096）/7200，为76.37nV，分辨率足够高了，完全满足7.5位的分辨率。
在数字运算电路中，一般都是脉冲计数，如果一个周期T的计数个数对应N，TON1和TON2分别对应的计数个数是N1和N2，那么上式整理一下为VO= VREF/N(N1+ N2/RR)
N——为时间分割计数器的总计数值，N1为1通道的对应输入电压的计数值，N2为2通道的对应输入电压计数值
RR——为1和2通道的衰减比例，也叫分辨率比例
在实际电路中，运放合成后，还会出现失调电压，也可能不同的电路还有增益。所以实际的应用数学表达式是这样的，VO=K×VREF/N(N1+ N2/RR)-VOS
K——为后面滤波器和缓冲器的增益，对基本量程而言，没有放大也没有衰减，为1
VOS——为滤波器和缓冲器的失调电压，为了可以软件校正也人为引入一个固定的反向小电压之和
根据我手中的资料，我计算了一些源的值，RR这个值在FLUKE5440B为7200（满度计数N=24096）,FLUKE5700A设计为16250（满度计数N=42105），国产YJ93为16024（满度计数N=16384）,FLUKE 5500A中为2200（满度计数值8192）。
不懂的先来个沙发 好文章，学习了。 住地下室了！ 围观学习 唐大师又出精品文章 这就是所谓的两路PWM合成技术。原理如下，
VO=﹛VREF×TON1/T+ (TON2/T /RR)﹜
老唐， 这个公式有误？少了括号？ 叙述简洁，原理清晰，拜读了。 好文章 楼主能否为大家再讲解一下 Datron4910 PWM的滤波器是如何计算？
谢谢！
回 xplore 的帖子
xplore:这就是所谓的两路PWM合成技术。原理如下，VO=﹛VREF×TON1/T+ (TON2/T /RR)﹜
老唐， 这个公式有误？少了括号？ (2011-12-2412:35) images/back.gif
嗯，谢谢指正 RR这个比例在硬件上是怎么实现的？也是pwm？
回 zoo 的帖子
zoo:RR这个比例在硬件上是怎么实现的？也是pwm？ (2011-12-2416:34) images/back.gif一般2级电阻分压 好文章，学习了。 好文章，看不懂 好文章，学习学习。不过这只是一个总的公式，真正需要注意和软件修正的地方还有很多。 是的，用示波器看的会更清楚
回 zoo 的帖子
zoo:住地下室了！ (2011-12-2411:42) images/back.gif住地下二层可以不用看PWM了，天然恒温多好 zoo:
RR这个比例在硬件上是怎么实现的？也是pwm？ images/back.gif
个人理解，RR是第二路PWM对第一路PWM的分数比例。实际上两路PWM的结构都是一样的，但在输出进行合成时，第二路的输出必须小于等于第一路的最小输出步进值，这个减小的比例就是RR。看主帖内容，合成值的实现是通过运放方式相加完成的。 错了！PWM不能认为输出Uout=Uin*Ton/T，这个不对，这个是电感电流连续时才能成立的 强烈围观！ 大师们来个原理图讲解吧！ PWM输出的噪声问题如何解决？ 保证电流不要断续（时间再短也不行），就可以不产生大的干扰。开关电源也有好的，不要一棍子打死，很多所谓高级东西都是用开关电源的（泰克示波器，哈勃望远镜，包括火星探测器）-----太多了 好文章，学习了。 有源滤波时 使用的运放 带来的误差影响怎么计算呢 最近对PWM感兴趣了，多谢 好文章 好文章，学习了。
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