以數(shù)字方式選擇參考電壓
發(fā)布時(shí)間:2021-01-14 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】可調(diào)參考電壓源為電路設(shè)計(jì)者提供了極大的靈活性,因?yàn)樵搮⒖茧妷翰辉倬窒抻谥圃焐痰念A(yù)設(shè)值。從輸出到反饋引腳,可調(diào)輸出通常會配置一個(gè)分壓器,如圖1所示。為調(diào)節(jié)輸出,將反饋引腳的電壓與內(nèi)部參考電壓(在本帖中顯示為VREF_INT)作比較,通常為1.2V。設(shè)備會對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),直到VFB和VREF_INT相匹配。
一些可調(diào)并聯(lián)參考(如LM4041)使VFB通過R1;還有一些并聯(lián)參考會使VFB通過R2,如TLV431。而我主要研究LM4041,但在方程中,通過轉(zhuǎn)換R1和R2,此概念同樣適用于其他可調(diào)并聯(lián)參考。在本篇博文上,我將介紹一種用數(shù)字信號改變電阻分壓器和參考電壓的方法。
圖1:典型的VREF反饋分頻器
該方法中使用一個(gè)數(shù)字電位計(jì)替代兩個(gè)固定電阻。圖2概念性地展示了這一點(diǎn),其中反饋引腳與電位計(jì)的弧刷相連接,高端連接VREF,低端連接GND。
圖2:電位計(jì)中央分接頭(弧刷)連接反饋引腳
圖3展示的是重繪電路,用TPL0102數(shù)字電位計(jì)充當(dāng)電壓分頻器。通過連接穿過內(nèi)部電阻高低引腳的電壓,連接輸出與弧刷引腳,可以安裝一個(gè)數(shù)字電位計(jì)作為電壓分頻器?;∷⒌奈恢脮绊懟∷⑴c高低引腳間的電阻比率,此外通過向設(shè)備發(fā)送代碼,可以用數(shù)字方式對該位置進(jìn)行控制。TPL0102使用I2C接口,其他電位計(jì)使用串行外設(shè)接口或平行接口。
圖3:TPL0102數(shù)字電位計(jì)作為反饋分頻器時(shí)的VREF
因?yàn)殡娮璞嚷试O(shè)定輸出電壓,所以分頻器電阻的絕對值不是至關(guān)重要的。這樣一來,便可以輕松用數(shù)字電位計(jì)來替代電阻分頻器。方程1中展示了調(diào)節(jié)輸出、VREF_OUT和電阻比率之間的關(guān)系:
在該應(yīng)用中,這一點(diǎn)非常重要,因?yàn)閿?shù)字電位計(jì)的絕對電阻值變化很大,而電阻比率卻是非常準(zhǔn)確。例如,為產(chǎn)生3.3伏的參考電壓,要求R2對R1的電阻比率為1.66。
電位計(jì)數(shù)據(jù)表中提供了用于計(jì)算特定代碼電壓分頻器輸出的公式,如方程2和方程3所示。其中,VHW表示從高引腳(H)到弧刷的電壓,而VWL表示從弧刷(W)到低引腳(L)的電壓:
我在介紹中提到VFB通過R1,所以我們繼續(xù)使用方程2,計(jì)算高引腳與弧刷引腳之間的電壓?;∷⑦B接至設(shè)備的反饋引腳,VFB被迫為VREF_INT。方程4展示了用于求出VREF_OUT所要求數(shù)字代碼的公式:
繼續(xù)討論方程5中的例子,其中NTAPS為256,VREF_INT為1.24伏,VREF_OUT為3.3伏,你需要寫出十進(jìn)制碼160,得出R1和R2電阻值分別為37.50kW和62.50kW。更重要的是,用方程1計(jì)算得出這兩個(gè)電阻的比率同樣是1.66。
如果你需要改變參考電壓,你只需寫出I2C事務(wù),相應(yīng)地移動弧刷位置即可。因此,反饋引腳的電壓會改變并調(diào)節(jié)VREF_OUT。你也可以使用電位計(jì)以數(shù)字方式調(diào)整參考電壓,電位計(jì)上的分接頭越多,電阻率的分辨率越高,輸出參考電壓的分辨率也就越高。
該應(yīng)用中使用數(shù)字電位計(jì)的一大缺陷在于數(shù)字電位計(jì)集成電路的電壓極限一般不能超過5.5伏。可以確定的是,電阻率不會出現(xiàn)VREF_OUT大于5.5伏的情況。對于一個(gè)有256個(gè)分接頭的數(shù)字電位計(jì)和內(nèi)部參考電壓為1.24伏的并聯(lián)參考來說,十進(jìn)制碼不能超過200。圖4展示了輸入碼對有256個(gè)分接頭的電位計(jì)和1.24伏參考設(shè)備的參考電壓的影響。
圖4:參考電壓與數(shù)字電位計(jì)代碼
為并聯(lián)參考通電之前安裝使用電位器可以保證將電阻分壓器放在正確位置。如果不可行,則可以在未使VFB降低的電阻上并聯(lián)加裝一個(gè)大電阻器。這樣一來,LM4041從反饋引腳(通過R2)到地面的功率將為1MW,或者TLV431從反饋引腳(通過R1)到輸出口的功率將為1MW。
為避免再產(chǎn)生一個(gè)并聯(lián)電阻,可以在設(shè)備上安裝固定R1和R2電阻器,并將數(shù)字電位計(jì)與其中一個(gè)電阻串聯(lián)連接。然后需安裝電位計(jì)作為變阻器,如圖5所示。這種安裝方法取決于數(shù)字電位計(jì)的絕對電阻值,它不像作為比率計(jì)分壓器時(shí)那樣精確,需向微控制器提供反饋從而最終做出數(shù)字編碼的選擇。
圖5:以數(shù)字電位計(jì)為變阻器的固定電阻器
既然你了解了用可調(diào)參考電壓設(shè)置輸出電壓的方法,你就知道如何利用其隨時(shí)改變輸出電壓。如果你在應(yīng)用中已經(jīng)使用了微控制器,那么搭配使用數(shù)字電位計(jì)可以給一個(gè)看似簡單的零部件添加一些功能。
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