使用数字电位器来产生可调电压输出

出处:互联网 发布于:2020-10-14 14:39:29

  本文介绍一款利用按钮式数字电位器简单高效地控制高达 20 V 电压的完整解决方案。这款完整的解决方案提供一种可调电源,可用于需要可调电压输出的各种应用。图 1 显示具有可变输出功率的相应开关稳压器,使用 AD5116 数字电位器和具有集成式推挽输出级的 ADCMP371 比较器。通过添加开关,而不是按钮,可以使用微控制器来调节电压。

  AD5116 具有 64 个可用的游标位置,端到端电阻容差为±8%。此外,AD5116 包含一个 EEPROM 来存储游标位置,可通过按钮手动设置。对于需要固定标准上电电压的应用,这个功能非常有用。

  该电路由电压 VIN 供电,    可达 20 V。AD5116 和 ADCMP371 的电源电压 VDD 也可由 VIN 生成,例如,通过 ADP121 等稳压器。

  图 1. 带可变输出、通过按钮控制的高压开关稳压器。

  电路工作原理

  输出电压 VOUT 通过反馈网络的开关频率控制。通过分压器反馈到比较器,然后与数字电位器设置的基准电压进行比较。如果从 VOUT 获取的电压高于基准电压,比较器输出切换到低电平,以阻隔 NMOS 晶体管 T1 和 PMOS 晶体管 T2,从而降低 VOUT。如果从 VOUT 获取的电压低于基准电压,比较器输出切换到高电平,两个晶体管切换到导通状态(饱和),从而增加 VOUT。通过这种基于比较的功能,晶体管在开启 / 关断模式下以短脉冲工作,使各晶体管保持低损耗。除电位器的输出电压外,开关频率还受 VOUT 的负载影响。

  随着数模转换器(DAC)输出电压增高,T2 关断的时间变长,比较器输出相应增高。比较器输出提供一系列更高频率、速度更快的正电源输出脉冲。如果 DAC 输出电压降低,则情况相反。

  经过滤波的 VOUT 通过公式 1 确定。

  VW 为电位器抽头 W 处的 DAC 输出电压。

  AD5116 的 A 抽头和 B 抽头之间的电阻标称值为 5 kΩ,划分为 64 级阶跃。在量程的较低端,典型游标电阻 RW 降至 45 Ω到 70 Ω之间。相对于 GND 的 VW 输出电压为:

  其中 RWB 为:

  RWB 是抽头 W 和较低端的 GND 之间的电阻值。

  RAB 为电位器的总电阻。

  VA 为分压器串顶端的电压;在本例中,它等于 VDD。

  D 为 AD5116 的 RDAC 寄存器中二进制代码的十进制等效值。

  AD5116 的 RDAC 寄存器通过按钮 PD 和 PU 进行控制。默认的上电位置(例如 VOUT = 0 V)可以通过 ASE 引脚存储在电位器的 EEPROM 中。

  滤波器输出:减少纹波

  为了获得平稳的输出电压 VOUT 并减少开关 T1 和 T2 导致的纹波,需要使用额外的滤波器电路(参见图 2)。在设计此滤波器时,需考虑 AD5116 的    和    开关频率,以及其工作电压范围。

  对于图 2 所示的电路,开关频率范围约为 1.8 Hz 至 500 Hz。因为这个值相当低,所以在确定滤波器的截止频率时,通常需要使用更大的 R、L 和 C 值。但是,滤波器的串联电阻和输出负载构成了一个分压器,会降低输出电压。所以,在选择 R 值时,应选择相对较低的值。

  图 2. 用于使输出电压平稳的滤波器电路。

  AD5116

  标称电阻容差误差:±8%(    值)

  游标电流:±6 mA

  可变电阻器模式下的温度系数:35 ppm/°C

  低功耗:2.5 μA(    值,2.7 V,125°C)

  宽带宽:4 MHz(5 kΩ选项)

  上电 EEPROM 刷新时间:< 50 μs

  125°C 时典型数据保留期:50 年

  100 万写周期

  2.3 V 至 5.5 V 电源供电

  内置自适应去抖器

  宽工作温度范围:-40℃至+125℃

  2 mm × 2 mm × 0.55 mm、8 引脚超薄 LFCSP 封装


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