如何在DC-DC轉(zhuǎn)換器中增加裕量調(diào)節(jié)功能

本應(yīng)用筆記介紹了一種簡(jiǎn)便的通過連接DS4404 4通道可調(diào)節(jié)電流型DAC (或2通道版本DS4402)在DC-DC轉(zhuǎn)換器中增加裕量調(diào)節(jié)功能的方法。

本應(yīng)用筆記介紹了通過連接4通道可調(diào)節(jié)電流型DAC DS4404 (或DS4404的2通道版本DS4402)，在DC-DC轉(zhuǎn)換器中增加裕量調(diào)節(jié)的方案。

從圖1所示電路可以看出在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中增加一個(gè)DS4404非常簡(jiǎn)單。DS4404加在DC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋結(jié)點(diǎn)(見虛線)，用于調(diào)節(jié)DC-DC轉(zhuǎn)換器的VOUT。上電時(shí)，DS4404輸出電流為0A (表現(xiàn)為高阻態(tài))，在通過I2C接口寫入數(shù)據(jù)之前，DS4404處于透明狀態(tài)。


圖1. DS4404在DC-DC轉(zhuǎn)換器反饋電路中的連接

實(shí)例中進(jìn)行以下假設(shè)(與DS4404無關(guān))：

VIN = 3V至5.5V
VOUT = 1.8V (所要求的標(biāo)稱輸出電壓)
VFB = 0.6V (不要與DS4404的VREF混淆)

VFB值可在DC-DC轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)資料中得到，確認(rèn)該電壓在DS4404數(shù)據(jù)資料規(guī)定的OUTx電壓范圍內(nèi)(VOUT:SINK和VOUT:SOURCE)。最后，還要核實(shí)DC-DC轉(zhuǎn)換器的FB引腳的輸入阻抗，這一點(diǎn)也很重要，本例假設(shè)引腳輸入為高阻。

假定利用DS4404為VOUT增加±20%的裕量調(diào)節(jié)，由此可得：

VOUTMAX = 2.16V
VOUTNOM = 1.8V
VOUTMIN = 1.44V

首先確定RTOP和RBOTTOM間的關(guān)系式，當(dāng)IDS4404 = 0A時(shí)，得到輸出電壓VOUT的標(biāo)稱值VOUTNOM。



對(duì)上式求解得出RTOP：



對(duì)于本例可得：



把VOUT增大到VOUTMAX所需要的電流IDS4404可通過FB節(jié)點(diǎn)電流之和得出。



通過求解式1得出RBOTTOM，替代后可將上式簡(jiǎn)化為：



或由調(diào)節(jié)裕量的百分比表示：



對(duì)于本例中的±20%裕量，上式中的margin = 0.2。

當(dāng)然，在利用上述關(guān)系式計(jì)算RTOP和RBOTTOM之前，必須首先選擇滿量程電流IFS。

根據(jù)DS4404數(shù)據(jù)資料，滿量程電流介于0.5mA和2.0mA之間(DS4404數(shù)據(jù)資料中定義為IOUT:SINK和IOUT:SOURCE，具體取決于吸電流或源出電流)時(shí)可確保精度和線性指標(biāo)。不幸的是，沒有可利用的等式來計(jì)算理想的滿量程電流，不同應(yīng)用將得到不同結(jié)果。影響滿量程電流選擇的因素有：調(diào)整級(jí)數(shù)、步長(zhǎng)以及RTOP、RBOTTOM。同樣，當(dāng)用一個(gè)特定的寄存器設(shè)置相應(yīng)的裕量百分比要求時(shí)，可能還有其它因素。任何情況下，選擇理想的滿量程電流都需要反復(fù)測(cè)試確定，進(jìn)而計(jì)算出RTOP、RBOTTOM、RFS和步長(zhǎng)。一旦確定了滿量程電流，可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整或調(diào)整某些寄存器值，從而允許使用通用的電阻值。

回到最初的例子，計(jì)算RTOP使IFS = IDS4404，從VOUTNOM到VOUTMAX提供了31級(jí)步長(zhǎng)，從VOUTNOM到VOUTMIN同樣給出了31級(jí)步長(zhǎng)，足以滿足本例要求。

另外，我們也可以任意選擇一個(gè)IFS作為規(guī)定范圍的中心點(diǎn)(1.25mA)，然后進(jìn)行計(jì)算。作為示范，我們將對(duì)范圍的端點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)于：IFS = IDS4404 = 0.5mA。

利用式3得出RTOP：



利用DS4404數(shù)據(jù)資料中的公式及VREF值，可以計(jì)算出RFS，具體請(qǐng)參考DS4404數(shù)據(jù)資料。



最后，完全確定DS4404的輸出電流，為寄存器設(shè)置的函數(shù)：



注意：這里的寄存器設(shè)置不包括符號(hào)位，符號(hào)位通常用來選擇吸電流或源出電流。當(dāng)符號(hào)位 = 0時(shí)，DS4404輸出為吸電流，使VOUT增大到VOUTMAX；當(dāng)符號(hào)位 = 1時(shí)，DS4404輸出為源電流，使VOUT降低到VOUTMIN。

同樣，當(dāng)IFS = IDS4404 = 2.0mA時(shí)：



比較RTOP和RBOTTOM兩種情況，可以看出：IFS = 0.5mA時(shí)阻抗更高，更具優(yōu)勢(shì)。