使用MAX34451進(jìn)行PWM裕量調(diào)節(jié)

脈寬調(diào)制（PWM）裕量調(diào)節(jié)是一種調(diào)節(jié)電源輸出電壓的簡單技術(shù)。本應(yīng)用筆記討論了PWM對電源輸出電壓噪聲的影響、PWM的使能和禁用以及PWM低通濾波器的影響。本文使用MAX34451系統(tǒng)管理器和MAX15041評估（EV）板。

介紹

MAX34451系統(tǒng)管理器使用數(shù)字脈寬調(diào)制（PWM）輸出來調(diào)節(jié)電源。PWM 裕量調(diào)節(jié)在閉環(huán)中執(zhí)行，器件每次調(diào)整 PWM 占空比時都會測量由此產(chǎn)生的電源輸出電壓。MAX34451的PWM輸出工作在312.5kHz，分辨率為8位。

本應(yīng)用筆記概述了MAX34451連接至MAX15041評估（EV）板時的PWM裕量調(diào)節(jié)性能，如圖1所示。進(jìn)行了幾項(xiàng)關(guān)鍵測試;報(bào)告結(jié)果。

組件選擇和更改

MAX15041評估板上的R5電阻從45.3kΩ變?yōu)?9.6kΩ，MAX15041輸出電壓從默認(rèn)的3.3V變?yōu)?.8V。

當(dāng)使用MAX34451對PWM輸出電源進(jìn)行裕量調(diào)節(jié)時，PWM紋波濾波器（圖1中的R72）之后的串聯(lián)電阻必須正確調(diào)整尺寸，以允許適當(dāng)?shù)脑Ａ糠秶?。如何選擇合適的電阻值詳見MAX34451數(shù)據(jù)資料以及下面的公式1。

脈寬調(diào)制 “R” = （VFB- 0.3）/（IFB×保證金范圍× 120%）

其中 VFB是反饋節(jié)點(diǎn)電壓和IFB是當(dāng)前反饋節(jié)點(diǎn)。

在本應(yīng)用筆記中，公式1的計(jì)算公式為：

PWM “R” 值 = （0.606 - 0.3）/（60.8μA × 5% × 120%） = 84kΩ

其中 VFB為0.606V （即MAX15041的反饋電壓），IFB= 1.8V/（10kΩ + 19.6kΩ） = 60.8μA，裕量范圍為±5%。

圖1.PWM 裕量測試配置。

VOUT PWM 裕度的噪聲

使用PWM裕量調(diào)節(jié)的主要問題之一是PWM數(shù)字脈沖對產(chǎn)生的電源輸出電壓噪聲的影響。這些測試中使用的PWM低通濾波器（4.7kΩ和10nF）約為312.5kHz PWM頻率的14個時間常數(shù)。圖2顯示了未施加裕量調(diào)節(jié)的電源輸出電壓噪聲紋波，當(dāng)電源的高裕量和低裕量為5%時。使用50mV刻度放大任何產(chǎn)生的紋波。如圖所示，PWM低通濾波器提供的大時間常數(shù)和84kΩ串聯(lián)電阻提供的大去耦導(dǎo)致電源輸出電壓增加的額外噪聲非常少。

圖2.V外應(yīng)用和未應(yīng)用PWM裕度的噪聲。

VOUT啟用和禁用 PWM 裕量調(diào)節(jié)時的響應(yīng)

當(dāng)PWM輸出使能時，它從高阻抗轉(zhuǎn)換到固定占空比，這是可編程的。在圖3中，初始占空比設(shè)置為2Fh或47十進(jìn)制。之所以選擇該值，是因?yàn)镸AX15041的反饋電壓為0.606V，MAX34451的電源電壓為3.3V （0.606V/3.3V = 0.1836 × 256 = 2Fh）。更多詳情請參見MAX34451數(shù)據(jù)資料。

圖3.V外啟用 PWM 裕量調(diào)節(jié)時的響應(yīng)。

當(dāng)PWM信號使能時，PWM紋波濾波器電壓接近MAX15041的標(biāo)稱反饋電壓，即0.606V。當(dāng)PWM占空比從初始值降低時，紋波電壓降低，從MAX15041的反饋節(jié)點(diǎn)拉出電流。從反饋節(jié)點(diǎn)拉動電流會導(dǎo)致電源輸出電壓增加。MAX34451繼續(xù)調(diào)節(jié)PWM占空比，同時持續(xù)監(jiān)測電源輸出電壓（V外） 以獲得所需的保證金水平。

圖 4 顯示了 V 上的結(jié)果外當(dāng)從邊距高狀態(tài)和邊距低狀態(tài)禁用邊距時。

圖4.V外禁用 PWM 裕量時的響應(yīng)。

PWM低通濾波器對VOUT的影響外上電響應(yīng)

所需的PWM低通濾波器會影響具有快速（<1ms）輸出電壓斜坡的電源設(shè)計(jì)。圖5所示為由此產(chǎn)生的電源輸出電壓（V外） 以快速斜坡過沖。在本應(yīng)用筆記中，MAX15041評估板上的C7設(shè)置為10nF。當(dāng)通過將C7更改為33nF來減慢電源輸出電壓斜坡時，可以消除過沖。

圖5.V外在安裝了PWM濾波器的開啟期間響應(yīng)。

結(jié)論

MAX34451系統(tǒng)管理器的PWM電源電壓裕度工作有效且易于實(shí)現(xiàn)。只需確定單個電阻的值即可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)。PWM信號對電源輸出電壓的完整性影響很小。但是，快速電源斜坡可能會出現(xiàn)過沖。

審核編輯：郭婷