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如何使用按鈕式數字電位器的可調電壓輸出設計

遇魚余的小白 ? 2022-08-09 11:00 ? 次閱讀
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作者:Thomas Brand,ADI 現場應用工程師

問題:

如何使用數字電位器來產生可調電壓輸出?

答案:

使用按鈕式數字電位器。

本文介紹一款利用按鈕式數字電位器簡單高效地控制高達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電源,可用于需要可調電壓輸出的各種應用。圖1顯示具有可變輸出功率的相應開關穩壓器,使用AD5116數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,而不是按鈕,可以使用微控制器來調節電壓。

AD5116具有64個可用的游標位置,端到端電阻容差為±8%。此外,AD5116包含一個EEPROM來存儲游標位置,可通過按鈕手動設置。對于需要固定標準上電電壓的應用,這個功能非常有用。

該電路由電壓VIN供電,最高可達20 V。AD5116和ADCMP371的電源電壓VDD也可由VIN生成,例如,通過ADP121等穩壓器。

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圖1.帶可變輸出、通過按鈕控制的高壓開關穩壓器。

電路工作原理

輸出電壓VOUT通過反饋網絡的開關頻率控制。通過分壓器反饋到比較器,然后與數字電位器設置的基準電壓進行比較。如果從VOUT獲取的電壓高于基準電壓,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電壓,比較器輸出切換到高電平,兩個晶體管切換到導通狀態(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,開關頻率還受VOUT的負載影響。

隨著數模轉換器(DAC)輸出電壓增高,T2關斷的時間變長,比較器輸出相應增高。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。

經過濾波的VOUT通過公式1確定。

o4YBAF_ZhIiAZgfyAAASB4MGGZQ227.png

VW為電位器抽頭W處的DAC輸出電壓。

AD5116的A抽頭和B抽頭之間的電阻標稱值為5 k?,劃分為64級階躍。在量程的較低端,典型游標電阻RW降至45 ?到70 ?之間。相對于GND的VW輸出電壓為:

其中RWB為:

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寄存器中二進制代碼的十進制等效值。

AD5116的RDAC寄存器通過按鈕PD和PU進行控制。默認的上電位置(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

為了獲得平穩的輸出電壓VOUT并減少開關T1和T2導致的紋波,需要使用額外的濾波器電路(參見圖2)。在設計此濾波器時,需考慮AD5116的最大和最小開關頻率,以及其工作電壓范圍。

對于圖2所示的電路,開關頻率范圍約為1.8 Hz至500 Hz。因為這個值相當低,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,濾波器的串聯電阻和輸出負載構成了一個分壓器,會降低輸出電壓。所以,在選擇R值時,應選擇相對較低的值。

該電路采用了一個簡單的RLC低通濾波器。R和C分別為50 Ω和330 μF,L為100 nH。該電路在構建時,也可以選擇使用脈寬調制器(PWM)來驅動晶體管和上游的誤差放大器

參考資料

CN-0405:帶按鈕控制的高壓輸出DAC。ADI公司,2017年3月。

pIYBAF_ZhLCARkDCAAB8GfTaTlo901.png

圖2.用于使輸出電壓平穩的濾波器電路

審核編輯:湯梓紅

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