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利用数字电位计实现开关电源的输出电压调整

很多系统应用都必须在较窄的限幅内调整开关电源(SMPS)输出电压,以便移除电源路径上的误差和压降、验证系统限幅的运作,或者实现微处理器的简单动态电压控制。此外,系统设计人员可能需要调整电源电压,从而优化它们的电平,或者通过强制产生非正常电平来测试系统在极端条件下的性能。该功能通常在在线测试(ICT)期间执行,以满足制造商想要保证产品在标称电源的±10%范围内正常工作的期望。这种输出电压的变化步骤称为裕量,即有意识地在预期范围内改变电源电压。其他输出变化应用,比如微处理器的动态电压控制,必须能即时改变电压,即在低功耗模式下降低电压而在高性能模式下增加电压。

 开关电源电压控制环路的反馈网络采用两个电阻

图1. 开关电源电压控制环路的反馈网络采用两个电阻

将典型开关电源输出电压(图1)与内部基准电压进行比较,可看到差别集中在脉宽调制器(PWM)。PWM将斜坡与放大器输出进行比较,生成PWM信号来控制开关,从而向负载供电。

使用数字电位计调整DC-DC转换器输出电压,组成可变反馈电阻

图2. 使用数字电位计调整DC-DC转换器输出电压,组成可变反馈电阻

控制误差放大器引脚电压,便可调整输出电压。这可以通过使用DAC,或者使用数字电位计,以外部方式实现,如图2所示。某些电压调节器允许使用串行接口(比如PMBus、I2C或SPI)在内部控制反馈电压。表1比较了三种方法的调整能力和功耗。

基准分析小结—可调节开关电源

数字电位计(或称digiPOT)工作方式与传统电位计相似,但用电子开关和数字信号代替机械游标进行操作,如图3所示。digiPOT将一串小数值电阻与位于每两个电阻交叉点上的电子开关串联。digiPOT分辨率与电阻网络中的位控制节点量有关。控制节点的数量越高,分辨率越高。

显示电子开关的64位数字电位计。同一时间只能闭合一个电子开关,该开关决定电阻比。

图3. 显示电子开关的64位数字电位计。同一时间只能闭合一个电子开关,该开关决定电阻比。

某些数字电位计采用非易失性存储器,因此可在测试期间编程输出电源。相比其他两种方式,这项易于使用的特性具有极大的优势。