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使用數(shù)字電位器來產(chǎn)生可調(diào)電壓輸出

發(fā)布時間:2020-10-09 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】本文介紹一款利用按鈕式數(shù)字電位器簡單高效地控制高達(dá)20 V電壓的完整解決方案。這款完整的解決方案提供一種可調(diào)電源,可用于需要可調(diào)電壓輸出的各種應(yīng)用。圖1顯示具有可變輸出功率的相應(yīng)開關(guān)穩(wěn)壓器,使用AD5116 數(shù)字電位器和具有集成式推挽輸出級的 ADCMP371 比較器。通過添加開關(guān),而不是按鈕,可以使用微控制器來調(diào)節(jié)電壓。
 
AD5116具有64個可用的游標(biāo)位置,端到端電阻容差為±8%。此外,AD5116包含一個EEPROM來存儲游標(biāo)位置,可通過按鈕手動設(shè)置。對于需要固定標(biāo)準(zhǔn)上電電壓的應(yīng)用,這個功能非常有用。
 
該電路由電壓 VIN供電,最高可達(dá)20 V。AD5116和ADCMP371的電源電壓 VDD 也可由 VIN生成,例如,通過ADP121等穩(wěn)壓器。
 
使用數(shù)字電位器來產(chǎn)生可調(diào)電壓輸出
圖1.帶可變輸出、通過按鈕控制的高壓開關(guān)穩(wěn)壓器。
 
電路工作原理
 
輸出電壓 VOUT 通過反饋網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)頻率控制。通過分壓器反饋到比較器,然后與數(shù)字電位器設(shè)置的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果從 VOUT 獲取的電壓高于基準(zhǔn)電壓,比較器輸出切換到低電平,以阻隔NMOS晶體管T1和PMOS晶體管T2,從而降低 VOUT。如果從 VOUT 獲取的電壓低于基準(zhǔn)電壓,比較器輸出切換到高電平,兩個晶體管切換到導(dǎo)通狀態(tài)(飽和),從而增加 VOUT。通過這種基于比較的功能,晶體管在開啟/關(guān)斷模式下以短脈沖工作,使各晶體管保持低損耗。除電位器的輸出電壓外,開關(guān)頻率還受 VOUT的負(fù)載影響。
 
隨著數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出電壓增高,T2關(guān)斷的時間變長,比較器輸出相應(yīng)增高。比較器輸出提供一系列更高頻率、速度更快的正電源輸出脈沖。如果DAC輸出電壓降低,則情況相反。
 
經(jīng)過濾波的VOUT 通過公式1確定。
 
使用數(shù)字電位器來產(chǎn)生可調(diào)電壓輸出
 
VW 為電位器抽頭W處的DAC輸出電壓。
 
AD5116的A抽頭和B抽頭之間的電阻標(biāo)稱值為5 kΩ,劃分為64級階躍。在量程的較低端,典型游標(biāo)電阻 RW 降至45 Ω到70 Ω之間。相對于GND的 VW 輸出電壓為:
 
使用數(shù)字電位器來產(chǎn)生可調(diào)電壓輸出
 
其中 RWB 為:
 
使用數(shù)字電位器來產(chǎn)生可調(diào)電壓輸出
 
●   RWB是抽頭W和較低端的GND之間的電阻值。
●   RAB 為電位器的總電阻。
●   VA為分壓器串頂端的電壓;在本例中,它等于 VDD
●   D為AD5116的RDAC寄存器中二進(jìn)制代碼的十進(jìn)制等效值。
 
AD5116的RDAC 寄存器通過按鈕PD和PU進(jìn)行控制。默認(rèn)的上電位置(例如 VOUT = 0 V)可以通過ASE引腳存儲在電位器的EEPROM中。
 
濾波器輸出:減少紋波
 
為了獲得平穩(wěn)的輸出電壓VOUT并減少開關(guān)T1和T2導(dǎo)致的紋波,需要使用額外的濾波器電路(參見圖2)。在設(shè)計此濾波器時,需考慮AD5116的最大和最小開關(guān)頻率,以及其工作電壓范圍。
 
對于圖2所示的電路,開關(guān)頻率范圍約為1.8 Hz至500 Hz。因為這個值相當(dāng)?shù)?,所以在確定濾波器的截止頻率時,通常需要使用更大的R、L和C值。但是,濾波器的串聯(lián)電阻和輸出負(fù)載構(gòu)成了一個分壓器,會降低輸出電壓。所以,在選擇R值時,應(yīng)選擇相對較低的值。
 
使用數(shù)字電位器來產(chǎn)生可調(diào)電壓輸出
圖2.用于使輸出電壓平穩(wěn)的濾波器電路。
 
AD5116
 
●   標(biāo)稱電阻容差誤差:±8%(最大值)
●   游標(biāo)電流:±6 mA
●   可變電阻器模式下的溫度系數(shù):35 ppm/°C
●   低功耗:2.5 μA(最大值,2.7 V,125°C)
●   寬帶寬:4 MHz(5 kΩ選項)
●   上電EEPROM刷新時間:< 50 μs
●   125°C時典型數(shù)據(jù)保留期:50年
●   100萬寫周期
●   2.3 V至5.5 V電源供電
●   內(nèi)置自適應(yīng)去抖器
●   寬工作溫度范圍:-40℃至+125℃
●   2 mm × 2 mm × 0.55 mm、8引腳超薄LFCSP封裝
 
 
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