開關(guān)電源輸出電壓的數(shù)控設(shè)計(jì)

高 敏

（江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江蘇 南通，226011）

開關(guān)電源輸出電壓的數(shù)控設(shè)計(jì)

高 敏

（江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江蘇 南通，226011）

普通開關(guān)電源模塊采用人工調(diào)節(jié)輸出電壓，不能實(shí)現(xiàn)輸出電壓自適應(yīng)調(diào)整。實(shí)現(xiàn)輸出電壓自適應(yīng)調(diào)整的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)輸出電壓的數(shù)控調(diào)節(jié)，該文介紹基于數(shù)字電位器和DA的兩種數(shù)控調(diào)節(jié)輸出電壓方式，給出相關(guān)元器件參數(shù)計(jì)算方法與具體實(shí)例。

開關(guān)電源；數(shù)控調(diào)節(jié)；數(shù)字電位器；DA

前言

普通開關(guān)電源模塊通過人工調(diào)節(jié)可調(diào)電阻來調(diào)整輸出電壓，屬于模擬調(diào)節(jié)方式，不能應(yīng)用于需要輸出電壓自適應(yīng)調(diào)整場合。為了實(shí)現(xiàn)普通開關(guān)電源模塊的輸出電壓的自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的數(shù)控調(diào)節(jié)是關(guān)鍵。

基于上述需求，本文介紹開關(guān)電源模塊的輸出電壓的兩種數(shù)控方式——基于數(shù)字電位器方式和基于DA方式，并給出相關(guān)元器件參數(shù)計(jì)算方法，并給出具體實(shí)例。

1　輸出電壓的人工調(diào)節(jié)方式

典型開關(guān)電源模塊及其外圍電路如圖1所示。其中，模塊內(nèi)含線性穩(wěn)壓單元，由其提供基準(zhǔn)電壓。模塊內(nèi)含電壓比較器，其反相端連接內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓，正相端連接至外面。模塊外的電阻R1和R2接至輸出電壓和地間，把R1所獲電壓作為反饋電壓送回電壓比較器的正相端。工作時(shí)，電壓比較器比較基準(zhǔn)電壓和反饋電壓的大小，輸出誤差電壓至脈寬調(diào)整單元，調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比，實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)整，直至反饋電壓與基準(zhǔn)電壓相等。

圖1：典型開關(guān)電源模塊及其外圍電路圖

正常工作時(shí)，有

由上式得

可見，將R2改為可調(diào)電阻，通過調(diào)整R2的值，調(diào)節(jié)R2與R1間的比例，即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的手工調(diào)節(jié)。

2　輸出電壓的數(shù)控調(diào)節(jié)方式

2.1 基于數(shù)字電位器的數(shù)控調(diào)節(jié)方式

參考輸出電壓的手工調(diào)節(jié)方式，用數(shù)字電位器代替可調(diào)電阻，通過MCU控制數(shù)字電位器來實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)，是比較容易理解和接受的數(shù)控調(diào)節(jié)方式?；跀?shù)字電位器的數(shù)控調(diào)節(jié)方式如下圖2所示。

圖2：基于數(shù)字電位器的數(shù)控調(diào)節(jié)方式

N位的線性數(shù)字電位器，內(nèi)由2N-1個(gè)阻值為R的電阻串聯(lián)，提供2N個(gè)分壓點(diǎn)給移動(dòng)端選擇。MCU通過指令，控制數(shù)字電位器的移動(dòng)端的接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)阻值調(diào)節(jié)。

如圖2的連接方式，數(shù)字電位器的等效阻值為nR，n∈(0,1,2,…,2N-1)為移動(dòng)端的接入點(diǎn)。正常工作時(shí)，有

為了方便計(jì)算，設(shè)R1=mR，易得

由上式易知，調(diào)整移動(dòng)端的接入點(diǎn)n，即可調(diào)整輸出電壓。變換上式得

應(yīng)用時(shí)，先設(shè)定輸出電壓，應(yīng)用上式，計(jì)算出數(shù)字電位器的移動(dòng)端接入點(diǎn)n，再由MCU送出相應(yīng)控制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制。

由式(3-1-1)易知，輸出電壓最小步進(jìn)值為

當(dāng)移動(dòng)端接至數(shù)字電位器的頂端時(shí)（n=2N），由式(3-1-1)知，輸出電壓達(dá)最大值，有

具體電路設(shè)計(jì)時(shí)，先確定輸出電壓最大值，再由上式，計(jì)算出

實(shí)例1：要求基于開關(guān)電源模塊LM5117，采用數(shù)字電位器MAX5415進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)一個(gè)輸出電壓最大值為10V的開關(guān)電源。

設(shè)計(jì)過程如下：

查閱資料，獲知開關(guān)電源模塊LM5117的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓refV=0.8V；獲知MAX5415為

8位、線性、最大阻值為100K的數(shù)字電位器，則其內(nèi)部的最小電阻單元

由式(3-1-3)，得

計(jì)算電阻R1

若關(guān)注輸出電壓最小步進(jìn)指標(biāo)，可由式(3-1-2)得

2.2 基于DA的數(shù)控調(diào)節(jié)方式

通常，數(shù)字電位器僅為8位，將其應(yīng)用于開關(guān)電源模塊的輸出電壓的數(shù)控調(diào)節(jié)，輸出電壓最小步進(jìn)值比較大，若對輸出電壓最小步進(jìn)值指標(biāo)要求比較高，可以采用基于DA的數(shù)控調(diào)節(jié)方式，DA類型比較豐富，采用高位的DA，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精細(xì)化數(shù)控調(diào)節(jié)。

基于DA的數(shù)控調(diào)節(jié)方式如圖3所示。電路顯著特征是：電阻R2和R1接至開關(guān)電源輸出電壓V0和DA輸出電壓VC，反饋電壓Vf為V0和VC共同激勵(lì)的結(jié)果。

圖3：基于DA的數(shù)控調(diào)節(jié)方式

正常工作時(shí)，有

顯然，通過調(diào)節(jié)DA輸出電壓VC，可以調(diào)節(jié)輸出電壓V0，而當(dāng)VC=0時(shí)，開關(guān)電源輸出電壓達(dá)到最大值，有：

反之，確定了開關(guān)電源輸出電壓最大值要求后，由上式可確定

應(yīng)用時(shí)，設(shè)定輸出電壓后，由式(3-1-3)，可計(jì)算DA輸出電壓為

再由DA輸出電壓 ，換算出DA輸入所需要的數(shù)字量。

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Numerical Control Design of the Output Voltage of the Switching Power Supply

GAO Min
(Jiangsu Vocational College of Business, Nantong, Jiangsu 226011)

Common switching power supply module uses the manual adjustment of output voltage, which can't realize the adaptive adjustment of output voltage. The key to realize the adaptive adjustment of output voltage is the realization of digital control of output voltage. This paper introduces two kinds of numerical control output voltage modes based on the digital potentiometer and DA; the calculation method of relevant components parameters is given, and some specific examples are also provided.

switching power supply; numerical control adjustment; digital potentiometer; DA

TM5

A

1674-3083（2016）05-0024-03

2016-09-27

高敏（1980—），女，碩士，講師，主要研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)研究及教學(xué)。