數字電位器在DC-DC變換器中的應用
加入技術(shù)交流群
摘要：在升壓和降壓DC-DC變換器中，可以用數字電位器的工作達到對輸出電壓進(jìn)行校準和調節的目的。
1 引言
數字電位器（DCP）是數控電阻大小的器件，數控的接口方式有直接按鍵方式、三線(xiàn)接口方式（選片線(xiàn)、方向線(xiàn)、脈沖線(xiàn)）、SPI接口方式和I2C接口方式。通常用于校準系統精度和控制系統參數的大小。
2 脈寬調制模式
早上20世紀60年代，電源的開(kāi)關(guān)調節首先應用在軍用電源的設計中。它的優(yōu)勢在于重量輕和效率高，可以控制均衡電量的加載，就是控制均衡電壓的供給，通過(guò)高速動(dòng)作的開(kāi)關(guān)量的開(kāi)和關(guān)來(lái)實(shí)現。如圖1所示，加載到電阻器上的平均電壓Vo(avg)=(ton/T)Vi，這種控制方法就稱(chēng)為脈寬調制模式。本文概述在二種類(lèi)型DC-DC變換器中數字電位器的應用，包括如何調節反饋電阻來(lái)獲得輸出電壓。
3 降壓型DC-DC變換器
圖2所示為降壓型DC-DC變換器的典型電路，當控制器IC感應到輸出電壓Vo太低時(shí)，啟動(dòng)通道上的晶體管Q給電感器L充電，同時(shí)也對電容器C充電，當輸出電壓V0上升到一個(gè)預定值時(shí)，控制器關(guān)閉通道上的晶體管Q，電感器L和電容器C上獲取的能量通過(guò)肖特基二極管構成的回路自由釋放，從電感器L到電容器C進(jìn)行有效的能量傳輸會(huì )消耗一部分能量，因此加載在負載上的電壓有所下降。
以TI公司的TPS62000型電路為例，如圖3所示，它是低噪聲同步降壓型DC-DC變換器，內部采用電流模式PWM控制器，工作頻率典型值為750kHz。在關(guān)閉模式下，電流損耗可降低到1μA，非常適合于1節鋰離子電池、2節到3節鎳鉻、鎳氫電池或堿性電池。2節電池供電時(shí)，輸出最大電流為200mA；3節電池供電時(shí)，輸出最大電流為600mA。
TPS62000DGS的輸出電壓可調，通過(guò)調整反饋引腳FB的電壓值來(lái)達到輸出電壓V0的變化，采用數字電位器來(lái)調節反饋引腳FB的電壓。在圖3中，H為數字電位器可調電阻器的高電壓端，L為數字電位器可調電阻器的低電壓端，W為數字電位器滑動(dòng)電壓輸出端。輸出電壓的計算公式為V0=0.45V(1+RH/RL),其中要求RH+RL≤1MΩ，每次調接的電阻值為1kΩ。3線(xiàn)接口可設計成單片機控制或按鍵直接控制（外擴邏輯電路），在減小數字電位器RL的阻值時(shí)，輸出電壓V0會(huì )增加。由于該器件是DC-DC降壓器件，因此輸出電壓V0最大值為輸入電壓VI。
當數字電位器調節到RH=82kΩ,RL=18kΩ時(shí)，輸出電壓；
Vo=0.45(1+82kΩ/18kΩ)=2.5V；
當數字電位器調節到RH=85kΩ,RL=15kΩ時(shí)，輸出電壓
Vo=0.45V(1+85kΩ15/kΩ)=3.0V。
4 升壓型DC-DC變換器
圖4所示為升壓型DC-DC變換器的典型電路，通過(guò)控制器IC延長(cháng)啟動(dòng)晶體管的時(shí)間，以增加電感器的峰值電流來(lái)達到升壓目的。傳輸作用的計算公式為
Vo=VIN[T/(T-ton)]
式中，T為晶體管啟動(dòng)和關(guān)閉的周期；t(on)是晶體管啟動(dòng)的周期。
以Xicor公司的3線(xiàn)接口（CS、U/D、INC）、100抽頭X9C104S型電路為例，它的電位器阻值為100kΩ，每次調節的電阻值為1kΩ。3線(xiàn)接口可設計成單片機控制或按鍵直接控制（外擴邏輯電路），在減小數字電位器RL的阻值時(shí)，輸出電壓V0會(huì )增加。由于該電路是DC-DC升壓型器件，因此輸出電壓V0最小為輸入電壓VI。
5 小結
數字電位器的內部結構如圖6所示，它用控制MSO管的開(kāi)關(guān)來(lái)調節滑動(dòng)端VW在VH和VL之間多個(gè)等值電阻的位置，抽頭數越多，等值電阻越多。調整的范圍越寬，對DC-DC變換器的輸出電壓調整幅度越小。
數字電位器的優(yōu)點(diǎn)是調整的精確度高于機械電位器，缺點(diǎn)是線(xiàn)性度有機械電位器好。另外，機械電位器有觸點(diǎn)，滑動(dòng)端長(cháng)期滑動(dòng)出現接觸問(wèn)題。而數字電位器沒(méi)有觸點(diǎn)，因而使用壽命和可靠性?xún)?yōu)于機械電位器。
評論