如何在DC-DC轉換器中增加裕量調節功能

摘要：本應用筆記介紹了一種簡(jiǎn)便的通過(guò)連接DS4404 4通道可調節電流型DAC (或2通道版本DS4402)在DC-DC轉換器中增加裕量調節功能的方法。

本應用筆記介紹了通過(guò)連接4通道可調節電流型DAC DS4404 (或DS4404的2通道版本DS4402)，在DC-DC轉換器中增加裕量調節的方案。

從圖1所示電路可以看出在現有設計中增加一個(gè)DS4404非常簡(jiǎn)單。DS4404加在DC-DC轉換器的反饋結點(diǎn)(見(jiàn)虛線(xiàn))，用于調節DC-DC轉換器的VOUT。上電時(shí)，DS4404輸出電流為0A (表現為高阻態(tài))，在通過(guò)I2C接口寫(xiě)入數據之前，DS4404處于透明狀態(tài)。


圖1. DS4404在DC-DC轉換器反饋電路中的連接

實(shí)例中進(jìn)行以下假設(與DS4404無(wú)關(guān))：

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

VFB值可在DC-DC轉換器的數據資料中得到，確認該電壓在DS4404數據資料規定的OUTx電壓范圍內(VOUT:SINK和VOUT:SOURCE)。最后，還要核實(shí)DC-DC轉換器的FB引腳的輸入阻抗，這一點(diǎn)也很重要，本例假設引腳輸入為高阻。

假定利用DS4404為VOUT增加±20%的裕量調節，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IDS4404 = 0A時(shí)，得到輸出電壓VOUT的標稱(chēng)值VOUTNOM。



對上式求解得出RTOP：



對于本例可得：



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



通過(guò)求解式1得出RBOTTOM，替代后可將上式簡(jiǎn)化為：



或由調節裕量的百分比表示：



對于本例中的±20%裕量，上式中的margin = 0.2。

當然，在利用上述關(guān)系式計算RTOP和RBOTTOM之前，必須首先選擇滿(mǎn)量程電流IFS。

根據DS4404數據資料，滿(mǎn)量程電流介于0.5mA和2.0mA之間(DS4404數據資料中定義為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(xiàn)性指標。不幸的是，沒(méi)有可利用的等式來(lái)計算理想的滿(mǎn)量程電流，不同應用將得到不同結果。影響滿(mǎn)量程電流選擇的因素有：調整級數、步長(cháng)以及RTOP、RBOTTOM。同樣，當用一個(gè)特定的寄存器設置相應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(mǎn)量程電流都需要反復測試確定，進(jìn)而計算出RTOP、RBOTTOM、RFS和步長(cháng)。一旦確定了滿(mǎn)量程電流，可以對其進(jìn)行調整或調整某些寄存器值，從而允許使用通用的電阻值。

回到最初的例子，計算RTOP使IFS = IDS4404，從VOUTNOM到VOUTMAX提供了31級步長(cháng)，從VOUTNOM到VOUTMIN同樣給出了31級步長(cháng)，足以滿(mǎn)足本例要求。

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

對于：IFS = IDS4404 = 0.5mA。

利用式3得出RTOP：



利用DS4404數據資料中的公式及VREF值，可以計算出RFS，具體請參考DS4404數據資料。



最后，完全確定DS4404的輸出電流，為寄存器設置的函數：



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

同樣，當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。