工程師指南:如何動態調整合適的輸出電壓

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作者:ADI 現場應用工程師 Frederik Dostal 電源通常設定為固定輸出電壓,以為電氣負載供電。然 […]

作者:ADI 現場應用工程師 Frederik Dostal

電源通常設定為固定輸出電壓,以為電氣負載供電。然而,有些應用需要可變的供電電壓。例如,在某些情況下,如果根據相應的工作狀態調整核心電壓,微控制器可以更有效運行。本文將展示如何使用為此目的而開發的專用數位類比轉換器(DAC)來即時調整電源的輸出電壓。

電壓轉換器的輸出電壓通常透過電阻分壓器設定。這對於固定電壓非常有效。但是,如果要改變輸出電壓,則必須調整分壓器的電阻值之一。這可以透過電位計動態完成。圖1顯示了一個這樣的簡單電路,其使用降壓拓撲結構的開關穩壓器IC。

Figure 1. Switching regulator with potentiometer in the resistor path for adjusting the output voltage.
Figure 1. Switching regulator with potentiometer in the resistor path for adjusting the output voltage.

圖1. 電阻路徑中有電位計以調整輸出電壓的開關穩壓器

遺憾的是,在許多應用中,具有電位計的電路(如圖1所示)並不是很實用。常常必須利用數位訊號來設定電壓。一個不錯的方案是將較小的正或負電流送入FB節點。專門為動態調整輸出電壓而開發的小型DAC可用於此目的。

圖2顯示了一個電路實例,其中包含一個未明確指定的電壓轉換器, LTC7106 DAC插入回饋路徑的接線中。原則上,任何具有外部可接觸回饋接腳的電壓轉換器都可以這樣運行。

Figure 2. An LTC7106 DAC for dynamically adjusting the output voltage of a switching regulator.
Figure 2. An LTC7106 DAC for dynamically adjusting the output voltage of a switching regulator.

圖2. 用於動態調整開關穩壓器輸出電壓的LTC7106 DAC

LTC7106具有一個電流輸出,其電流送入電阻分壓器,因此對於不同的輸出電壓,開關穩壓器IC的基準電壓出現在開關穩壓器的FB接腳上。這樣,當FB接腳收到所需的調節電壓時,輸出電壓即被設定。

LTC7106的設計與許多其他具有電流輸出的DAC不同的是,只要不存在有效的數位命令,IDAC接腳上就沒有電流流動。因此,在電路啟動期間不會設定不需要的電壓。

LTC7106是一款7位元DAC,可根據應用需要以每LSB 1 µA或每LSB 4 µA的方式運行。最高解析度是透過每LSB 1 µA實現的。建議將開關穩壓器的電阻分壓器設定為每LTC7106 LSB 1 µA。

電流DAC的輸出在正範圍內具有±0.8%的精度,在負範圍內具有±1.5%的精度,每種精度都是在允許的全部溫度範圍內測定的。

圖3顯示了圖形化使用者介面 LTpowerPlay®,可利用它來輕鬆對LTC7106進行編程。

 

Figure 3. The LTpowerPlay graphical user interface for controlling the LTC7106 via a PMBus or I2C.
Figure 3. The LTpowerPlay graphical user interface for controlling the LTC7106 via a PMBus or I2C.

圖3. LTpowerPlay圖形化使用者介面,透過PMBus或I2C控制LTC7106

當然,即使在採用LTC7106的電路中,輸出電壓的可調範圍也存在限制。開關穩壓器或線性穩壓器只能產生預期的電壓。線性穩壓器或降壓開關穩壓器只能產生低於輸入電壓的輸出電壓。另外,建議檢查電壓轉換電路以確保控制迴路穩定,並且輸出電壓漣波在期望輸出電壓的合理範圍內。

利用LTC7106等小型電流型DAC可以輕鬆實現輸出電壓的動態調整。該功能設計為以儘量少的接線實現可靠運行。

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