设计指南 4149

如何在DC-DC转换器中增加裕量调节功能

By: Brian Vasquez

摘要 : 本应用笔记介绍了一种简便的通过连接DS4404 4通道可调节电流型DAC (或2通道版本DS4402)在DC-DC转换器中增加裕量调节功能的方法。

本应用笔记介绍了通过连接4通道可调节电流型DAC DS4404 (或DS4404的2通道版本DS4402),在DC-DC转换器中增加裕量调节的方案。

图1所示电路可以看出在现有设计中增加一个DS4404非常简单。DS4404加在DC-DC转换器的反馈结点(见虚线),用于调节DC-DC转换器的VOUT。上电时,DS4404输出电流为0A (表现为高阻态),在通过I²C接口写入数据之前,DS4404处于透明状态。

图1. DS4404在DC-DC转换器反馈电路中的连接
图1. DS4404在DC-DC转换器反馈电路中的连接

实例中进行以下假设(与DS4404无关):

VIN = 3V至5.5V
VOUT = 1.8V (所要求的标称输出电压)
VFB = 0.6V (不要与DS4404的VREF混淆)

VFB值可在DC-DC转换器的数据资料中得到,确认该电压在DS4404数据资料规定的OUTx电压范围内(VOUT:SINK和VOUT:SOURCE)。最后,还要核实DC-DC转换器的FB引脚的输入阻抗,这一点也很重要,本例假设引脚输入为高阻。

假定利用DS4404为VOUT增加±20%的裕量调节,由此可得:

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

首先确定RTOP和RBOTTOM间的关系式,当IDS4404 = 0A时,得到输出电压VOUT的标称值VOUTNOM



对上式求解得出RTOP

公式1

对于本例可得:



把VOUT增大到VOUTMAX所需要的电流IDS4404可通过FB节点电流之和得出。

公式2

通过求解式1得出RBOTTOM,替代后可将上式简化为:



或由调节裕量的百分比表示:

公式3

对于本例中的±20%裕量,上式中的margin = 0.2。

当然,在利用上述关系式计算RTOP和RBOTTOM之前,必须首先选择满量程电流IFS

根据DS4404数据资料,满量程电流介于0.5mA和2.0mA之间(DS4404数据资料中定义为IOUT:SINK和IOUT:SOURCE,具体取决于吸电流或源出电流)时可确保精度和线性指标。不幸的是,没有可利用的等式来计算理想的满量程电流,不同应用将得到不同结果。影响满量程电流选择的因素有:调整级数、步长以及RTOP、RBOTTOM。同样,当用一个特定的寄存器设置相应的裕量百分比要求时,可能还有其它因素。任何情况下,选择理想的满量程电流都需要反复测试确定,进而计算出RTOP、RBOTTOM、RFS和步长。一旦确定了满量程电流,可以对其进行调整或调整某些寄存器值,从而允许使用通用的电阻值。

回到最初的例子,计算RTOP使IFS = IDS4404,从VOUTNOM到VOUTMAX提供了31级步长,从VOUTNOM到VOUTMIN同样给出了31级步长,足以满足本例要求。

另外,我们也可以任意选择一个IFS作为规定范围的中心点(1.25mA),然后进行计算。作为示范,我们将对范围的端点进行计算。

对于:IFS = IDS4404 = 0.5mA。

利用式3得出RTOP



利用DS4404数据资料中的公式及VREF值,可以计算出RFS,具体请参考DS4404数据资料。



最后,完全确定DS4404的输出电流,为寄存器设置的函数:



注意:这里的寄存器设置不包括符号位,符号位通常用来选择吸电流或源出电流。当符号位 = 0时,DS4404输出为吸电流,使VOUT增大到VOUTMAX;当符号位 = 1时,DS4404输出为源电流,使VOUT降低到VOUTMIN

同样,当IFS = IDS4404 = 2.0mA时:



比较RTOP和RBOTTOM两种情况,可以看出:IFS = 0.5mA时阻抗更高,更具优势。

类似文章于2008年9月18日发表在EDN网站。