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便攜式應(yīng)用中DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓的數(shù)字調(diào)整

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-06-09 16:35 ? 次閱讀

教程討論以數(shù)字方式調(diào)節(jié)DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓的方法。數(shù)字調(diào)整方法包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC)、微調(diào)電位器數(shù)字電位器)和微處理器的PWM輸出。對每種方法進行評估,并介紹幾種DAC和數(shù)字電位計。

有許多便攜式應(yīng)用通過調(diào)整DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓來優(yōu)化電路性能。例如,許多微處理器可以在低電壓下工作以節(jié)省功耗,然后在高電壓下工作以提高處理能力。在這些工作模式之間切換需要調(diào)整 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。另一個例子是液晶顯示器;當(dāng)其溫度變化時,施加在其上的電壓必須改變以保持正確的對比度。

通過數(shù)字控制進行的調(diào)整已被證明是執(zhí)行這些和其他電壓調(diào)整的最可靠方法??梢允褂檬謩游⒄{(diào)鍋,但它通常很大,并且由于與手動調(diào)整相關(guān)的磨損而存在可靠性問題;此外,它不能在微處理器控制下進行調(diào)整。本文討論了幾種以數(shù)字方式調(diào)節(jié)DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓的方法,重點介紹便攜式應(yīng)用器件。

不同的數(shù)字方法

對DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓進行數(shù)字調(diào)節(jié)主要有三種方法:

數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)

微調(diào)電位器(數(shù)字電位計)

微處理器 (MPU) 的 PWM 輸出

DAC

DAC只是一個數(shù)字控制的電壓源。DAC的數(shù)字接口可以是串行的,也可以是并行的。對于DAC更新速率相當(dāng)?shù)偷膽?yīng)用(例如DC-DC電壓調(diào)整),通常使用串行接口。它們更小,串行接口僅使用 2 或 3 根線,而并行接口則使用 8 到 16 根線。引腳越少,封裝越小,因此成本更低。

DAC需要考慮的主要規(guī)格是:

電源電壓:便攜式應(yīng)用通常需要 3V 或 5V 電源。

電源電流:低電流可延長電池壽命。

輸出電壓擺幅:輸出擺幅通常為0V至V裁判(DAC的基準(zhǔn)電壓)。

分辨率位數(shù):分辨率位數(shù)決定了DAC將具有多少個調(diào)整步驟。步數(shù)等于 2N,其中“N”是DAC的分辨率位數(shù)。例如,6 位 DAC 將具有 26,或 64 步;而 8 位 DAC 將有 28或 256 個調(diào)整步驟。
注意:DAC輸出端的步長是輸出電壓擺幅除以DAC步進數(shù)。例如,MAX5361是一款6位DAC,輸出電壓擺幅為4V,步長為62.5mV (4V輸出電壓擺幅/26步驟)。

錯誤源:需要考慮多個錯誤源

滿量程電壓誤差:對于分辨率為<= 8位的DAC,該誤差通常最大,對整體系統(tǒng)精度的影響最大。低成本設(shè)備的誤差可能高達 ±25%。但是,可以校準(zhǔn)此初始誤差。校準(zhǔn)通常在生產(chǎn)測試中進行,或者可以使用系統(tǒng)內(nèi)ADC補償誤差。

失調(diào)電壓誤差:這也可能是較大的誤差源,如果太大,可以校準(zhǔn)。

微分非線性(DNL):DAC的輸出通常必須是單調(diào)的(即,增加或平坦的輸出變化以增加輸入代碼)。這需要 ±1 LSB(最大值)的 DNL。

積分非線性(INL):此規(guī)范通常足夠嚴(yán)格,因此在這些應(yīng)用中并不重要。

溫度系數(shù):輸出電壓與溫度有關(guān)。除非系統(tǒng)在溫度范圍內(nèi)進行測試,否則無法在生產(chǎn)中校準(zhǔn)該誤差源,但如果其溫度漂移足夠低,則可以使用板載ADC進行校準(zhǔn)。通常,溫度漂移足夠小,不會成為問題。

內(nèi)部或外部基準(zhǔn)電壓源:提供帶內(nèi)部基準(zhǔn)的廉價器件。但是,如果有精確的系統(tǒng)基準(zhǔn)(即外部基準(zhǔn)),則可以使用它來提高性能。

接口類型:串行或并行。小尺寸需要串行接口。典型選擇是 SPI?我2C, SMBus?,或位敲擊。位敲擊需要使用通用I/O引腳來提供DAC所需的控制。所選接口類型取決于系統(tǒng)處理器支持的接口。

包裝尺寸:越小越好。可提供非常小的 SOT 或 SC70 封裝。

易失性或非易失性設(shè)置:大多數(shù)DAC具有易失性輸出電壓設(shè)置(即,如果斷電,它們會忘記其輸出設(shè)置)。這通常不會造成問題,因為大多數(shù)系統(tǒng)都有某種非易失性存儲器,可以與DAC結(jié)合使用。還提供非易失性DAC。這些器件在片上存儲器中保留DAC寄存器設(shè)置,因此即使斷電,DAC也能“記住”其輸出設(shè)置。

規(guī)格/設(shè)備 MAX5360 MAX5361 MAX5363 MAX5364 MAX5380 MAX5381 MAX5383 MAX5384
電源電壓 (V) 2.7 到 3.6 4.5 到 5.5 2.7 到 3.6 4.5 到 5.5 2.7 到 3.6 4.5 到 5.5 2.7 到 3.6 4.5 到 5.5
電源電流(μA典型值) 150 150 150 150 150 150 150 150
關(guān)斷電流(μA最大值) 1 1 1 1 1 1 1 1
輸出電壓擺幅 0V 至 V裁判 0V 至 V裁判 0V 至 V裁判 0V 至 V裁判 0V 至 V裁判 0V 至 V裁判 0V 至 V裁判 0V 至 V裁判
分辨率位 6 6 6 6 8 8 8 8
滿量程電壓誤差(最大值) 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10%
滿量程誤差溫度系數(shù)(最大ppm/°C) ±40 ±40 ±40 ±40 ±40 ±40 ±40 ±40
失調(diào)電壓誤差(mV最大值) ±2 ±2 ±2 ±2 ±25 ±25 ±25 ±25
失調(diào)誤差溫度系數(shù)(典型值ppm/°C) 3 3 3 3 3 3 3 3
DNL(最大 LSB) ±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1
INL(最大LSB) ±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1
引用類型 2V,內(nèi)部 4V,內(nèi)部 2V,內(nèi)部 4V,內(nèi)部 2V,內(nèi)部 4V,內(nèi)部 2V,內(nèi)部 4V,內(nèi)部
接口類型 串行,I2C 串行,I2C 串行,SPI 串行,SPI 串行,I2C 串行,I2C 串行,SPI 串行,SPI
封裝尺寸
(SOT23)
5 針 5 針 6 針 6 針 5 針 5 針 6 針 6 針
揮發(fā)性/非易失性 揮發(fā)性的 揮發(fā)性的 揮發(fā)性的 揮發(fā)性的 揮發(fā)性的 揮發(fā)性的 揮發(fā)性的 揮發(fā)性的
上電狀態(tài) 零刻度 零刻度 零刻度 零刻度 零刻度 零刻度 零刻度 零刻度

設(shè)計示例(可調(diào)LCD輸出電壓)

在圖1的電路中,假設(shè)需要DC-DC轉(zhuǎn)換器的V。外可從低 V 開始調(diào)節(jié)輸出(分鐘)到 V 的高點輸出(最大).

wKgaomSC5FWAYtCEAAAeazunqIM092.gif

圖1.DC-DC 轉(zhuǎn)換器,帶 DAC 用于 V外調(diào)整。

最高的DAC輸出電壓是VDACHIGH。由于上面列出的誤差源,VDACHIGH電壓存在容差。較高的電壓是VDACHIGH(MAX),較低的電壓是VDACHIGH(MIN)。同樣,低輸出電壓具有低電壓和高壓限值,分別是VDACLOW(MAX)和VDACLOW(MIN)。

R1、R2、R3 和參考都有錯誤,導(dǎo)致這些參數(shù)的最小值和最大值變量如下:R1MAX、R1MIN、R2MAX、R2MIN、R3MAX、R3MIN、VREF(max)、vref(min)。

LCD(VOUT)的輸出電壓可以通過以下幾點來計算:

VOUT = VREF + i1R1

i1 = i2 + i3

i2 = VREF/R2

i3 = (VREF - VDAC)/R3

將等式2至4代入等式1可得到:

VOUT = VREF(1 + (R1/R2)) + (VREF - VDAC) (R1/R3)

從公式5可以看出,最大輸出電壓發(fā)生在最小DAC電壓上,最小輸出電壓發(fā)生在最大DAC電壓上。

為確保實現(xiàn)所需的輸出擺幅,請選擇R1、R2和R3的值,以便滿足公式6和7:

VOUTMAX(LOW) = VREFMIN(1 + (R1MIN/R2MAX)) + (VREFMIN - VDACMIN(HIGH))(R1MIN/R3MAX)

VOUTMIN(HIGH) = VREFMAX(1 + (R1MAX/R2MIN)) + (VREFMAX - VDACMAX(LOW))(R1MAX/R3MIN)

等式6指的是VOUTMAX(LOW),而不僅僅是VOUTMAX。由于公式6右側(cè)的變量有容差,因此最大輸出電壓也有容差,可以從最小VOUTMAX(LOW)到最大VOUTMAX(HIGH)不等。為了確保輸出在所有可能的條件下擺幅足夠高,公式6指的是VOUTMAX的最低可能電壓,即VOUTMAX(LOW)。

同樣,在公式7中,變量都有公差,因此VOUTMIN可以從最小值(LOW)到最大值VOUTMIN(HIGH)變化。為了確保輸出擺幅在所有可能的條件下都足夠低,公式7指的是VOUTMIN的最高可能電壓,即VOUTMIN(HIGH)。請注意,在公式6和7中,VOUTMAX和VOUTMIN是已知值,其中VOUTMAX是所需的最大LCD輸出電壓,VOUTMIN是所需的最小輸出電壓。最小和最大DAC輸出電壓(VDACMIN和VDACMAX)可以在所用DAC的電氣特性表中找到。

類似地,在公式7中,變量都有公差,因此V奧特明可以從最小 V 值變化出差(低)最大為 V出門(高).為了確保輸出擺幅在所有可能的條件下都足夠低,公式7是指V的最高可能電壓奧特明,即 V出門(高).請注意,在公式6和7中,V超大和 V奧特明是已知值,其中 V超大是所需的最大LCD輸出電壓,并且V奧特明是所需的最小輸出電壓。最小和最大DAC輸出電壓(V達克明和 V最大聲程) 可以在所用 DAC 的電氣特性表中找到。

未知值為 R1、R2 和 R3。由于有三個未知數(shù)和兩個方程,因此 R1、R2 和 R3 的值有多個唯一解。選擇R1–R3值的最直接方法是使用電子表格并插入電阻值,直到滿足公式6和7。電阻值應(yīng)足夠大,以防止功率耗散過大。一個好的起點是選擇 DC-DC 轉(zhuǎn)換器制造商建議的 R2 值。通常,VOUTMAX將高于VOUTMAX(LOW),因為后者是使用最壞情況值計算的。使用其他極端最壞情況值(在公式6的右側(cè)用最小值代替最大值,用最大值代替最小值,用低值代替高)得到VOUTMAX的另一個極端 - VOUTMAX(高):

VOUTMAX(HIGH) = VREFMAX(1 + (R1MAX/R2MIN)) + (VREFMAX - VDACMIN(LOW)(R1MAX/R3MIN)

(注意:從等式6到等式8,VDACMIN(HIGH)更改為VDACMIN(LOW),而沒有將“MIN”項更改為“MAX”項。沒有進行這種替換,因為等式6和8都引用了來自VDACMIN的VOUTMAX。

如果VOUTMAX(HIGH)超過LCD顯示屏的最大額定電壓,則必須避免導(dǎo)致輸出電壓超過LCD電壓限制的DAC代碼。有關(guān)避免這些代碼的方法,請參閱下面的“補償數(shù)字調(diào)整電路中的誤差”。

通常,VOUTMIN將低于VOUTMIN(HIGH),因為后者是使用最壞情況值計算的。使用其他極端最壞情況值(即,在公式7的右側(cè)用最小值代替最大值,用最大值代替最小值,用高電平代替低電平)導(dǎo)致VOUTMIN的另一個極端值,即VOUTMIN(LOW):

VOUTMIN(LOW) = VREFMIN(1 + (R1MIN/R2MAX)) + (VREFMIN - VDACMAX(HIGH))(R1MIN/R3MAX)

(注意:從等式7到等式9,VDACMAX(HIGH)改為VDACMAX(LOW),而沒有將“MAX”項更改為“MIN”項。沒有進行這種替換,因為公式7和9都引用了VOUTMIN,它來自VDACMAX。

如果VOUTMIN(LOW)對于所需的操作來說太低,則必須避免使用導(dǎo)致輸出電壓過低的DAC代碼。有關(guān)避免這些代碼的方法,請參閱下面的“補償數(shù)字調(diào)整電路中的誤差”。

修剪鍋

數(shù)字電位計是一種數(shù)字可調(diào)電阻器。它通常放置在DC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋回路中,隨著其值的變化,轉(zhuǎn)換器的輸出電壓也會發(fā)生變化。

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圖2.帶數(shù)字電位計的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器,用于 V外調(diào)整。

除了為DAC列出的重要規(guī)格(電源電壓、電源電流、DNL、INL、接口類型、封裝尺寸、易失性/非易失性設(shè)置)外,微調(diào)電位器還增加了以下關(guān)鍵規(guī)格:

端到端電阻:電位計電阻通常在0Ω到產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊中“端到端電阻”規(guī)格給出的最大值之間變化。該值通常有很大的容差(參見下面的“數(shù)字調(diào)整電路中的誤差補償”)

游標(biāo)電阻:這最終決定了電位計的最低電阻值。

工作電壓范圍:施加到微調(diào)電位器的高端、低端和游標(biāo)的電壓不得超過微調(diào)電位器的工作電壓范圍

步數(shù):數(shù)字電位計上的步進通常是線性或?qū)?strong>數(shù)的。對于LCD調(diào)整,需要進行線性調(diào)整。將端到端電阻除以步數(shù)可確定步長。例如,MAX5161NEZT為32級數(shù)字電位器,端到端電阻為200kΩ。將200kΩ分頻32步,每步得到6.25kΩ。

錯誤來源

端到端電阻初始精度:此誤差源通常最大,對整體系統(tǒng)精度的影響最大。數(shù)字電位計的初始誤差可能高達±25%。必須校準(zhǔn)此初始誤差。校準(zhǔn)通常在生產(chǎn)測試中進行,或者系統(tǒng)內(nèi)ADC可以對其進行補償(如果有的話)。參見下面的圖4和圖5以及“補償數(shù)字調(diào)整電路中的誤差”。

游標(biāo)電阻初始精度:這通常規(guī)定得非常寬松,因為游標(biāo)電阻通常小于一個步的大小。該誤差源可以通過使用下面的“數(shù)字調(diào)整電路中的誤差補償”中的方法進行補償。

端到端電阻的溫度漂移:端到端電阻具有溫度依賴性。該誤差源通常不會在生產(chǎn)時進行校準(zhǔn),除非系統(tǒng)在溫度范圍內(nèi)進行測試。但是,如果系統(tǒng)ADC在整個溫度范圍內(nèi)足夠穩(wěn)定,則可用于補償溫度誤差。雖然,溫度漂移通常足夠小,以免成為問題。

規(guī)格/設(shè)備 MAX5160 MAX5161 MAX5400 MAX5401 MAX5460 MAX5463 MAX5466
電源電壓 (V) 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5
工作電壓 (V) 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5 2.7 到 5.5
電源電流(μA典型值) 0.135 0.135 0.1 0.1 0.07 0.07 0.07
端到端電阻 (kΩ ) 3個版本: N: 200
M: 100
L:
50
3個版本: N: 200
M: 100
L:
50
50 100 100 50 10
游標(biāo)電阻(典型值/最大值Ω) 40/1700 400/1700 250/800 250/800 600/1200 600 /1200 160/240
步數(shù) 32 32 256 256 32 32 32
端到端電阻
初始精度(最大值)
±25% ±25% ±25% ±25% ±25% ±25% ±25%
端到端電阻的溫度漂移(典型值為ppm/°C) 50 50 50 50 35 35 35
DNL(最大 LSB) ±1 ±1 ±1/2 ±1/2 ±1 ±1 ±1
INL(最大LSB) ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1 ±1 ±1
接口類型 串行:上/下 串行:上/下 串行,SPI 串行,SPI 串行:上/下 串行:上/下 串行:上/下
包裝尺寸 6-pin SOT23,
8-電池 μMAX
6-pin SOT23,
8-電池 μMAX
8 針 SOT23 8 針 SOT23 5-電池 SC70,
5 電池 SOT23
5-電池 SC70,
5 電池 SOT23
5-電池 SC70,
5 電池 SOT23
揮發(fā)性/非易失性 非易失性 非易失性 非易失性 非易失性 非易失性 非易失性 非易失性
上電狀態(tài) 中檔 中檔 中檔 中檔 中檔 中檔 中檔

設(shè)計示例

參考圖 2,并使用與 DAC 示例中類似的命名約定,通過檢查可以看出:

VOUT = VREF × (1 + R1/(R2 + R3))

請注意,R3是數(shù)字電位計,其值可以從R3更改。高到 R3低.與 DAC 一樣,這些項也有最小值和最大值。這導(dǎo)致 R3高(分鐘)和 R3高(最大),以及 R3低(最?。┖?R3低(最大).這些值可以從所選數(shù)字電位計的數(shù)據(jù)手冊中獲得。

使用上述相同方法可以計算出等式6-9中的類似值(參見下面的等式11-14)。使用下面“補償數(shù)字調(diào)整電路中的誤差”中所示的方法可以避免某些代碼。

VOUTMAX(LOW) = VREFMIN × (1 + R1MIN/(R2MAX + R3LOW(MAX)))

VOUTMIN(HIGH) = VREFMAX × (1 + R1MAX/(R2MIN + R3HIGH(MIN)))

VOUTMAX(HIGH) = VREFMAX × (1 + R1MAX/(R2MIN + R3LOW(MIN)))

VOUTMIN(LOW) = VREFMIN × (1 + R1MIN/(R2MAX + R3HIGH(MAX)))

脈寬調(diào)制輸出

許多微處理器具有PWM輸出。這些是數(shù)字輸出,其中調(diào)整輸出的占空比以改變平均輸出電壓。通過在PWM輸出端放置一個低通輸出濾波器來獲得“DC”電壓。PWM輸出的占空比是輸出保持高電平的時間與PWM輸出周期的百分比。許多微處理器允許同時選擇PWM頻率和PWM占空比。例如,MC68VZ328微處理器提供16位和8位PWM輸出。位數(shù)決定了PWM輸出的調(diào)整步長數(shù)。8 位足以進行 DC-DC 轉(zhuǎn)換器電壓調(diào)整,提供 256 級 PWM 調(diào)整,從 0% 占空比到 100% 占空比。

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圖3.帶 PWM 的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器,用于 VOUT 調(diào)節(jié)。

PWM輸出提供了最便宜的電壓調(diào)整方法,因為大多數(shù)微處理器至少有一個PWM輸出。雖然價格低廉(因為它們帶有微處理器),但PWM輸出在功耗方面成本高昂,因為它們通過提供隨后被濾波的高頻輸出來產(chǎn)生“DC”電平。PWM輸出級的高頻開關(guān)比低功耗DAC或數(shù)字微調(diào)電位器消耗更多的功率,這兩種方法本質(zhì)上都是直流的。在圖3中,PWM交流波形的濾波由R4-C1組合提供。R3用于隔離C1,使其不影響R1-R2反饋環(huán)路的交流性能。

PWM輸出本質(zhì)上是不準(zhǔn)確的,因為它們的輸出電壓是數(shù)字電平VOH和VOL的函數(shù)。由于 VOH 和 VOL 是數(shù)字輸出電壓規(guī)格,因此它們的指定非常寬松(VOH 可以是 VOH min 和 VCC(微處理器的 I/O 電源)之間的任何值;VOL 可以介于 VOL max 和 GND 之間)。而且,由于這些數(shù)字電平通常是VCC的函數(shù),因此它們會隨著處理器電源電壓的變化而變化。

PWM 輸出的重要規(guī)格是:

VOH 和 VOL:每個電平(或范圍)的指定電平(或范圍)以及占空比決定了 PWM 輸出的標(biāo)稱 (DC) 輸出電壓。
占空比:范圍和精度都很重要。占空比決定了輸出在VOH的時間百分比,以及VOL的時間百分比。
PWM頻率:頻率很重要,因為要有用,PWM輸出必須由低通濾波器濾波。PWM頻率用于計算PWM紋波的衰減(PWM輸出從VOH擺幅到VOL,為了用于調(diào)整DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出,必須將該AC方波轉(zhuǎn)換為低紋波“DC”信號)。

自 V老和 V哦PWM輸出非常寬松,實際上最適合用于閉環(huán)系統(tǒng),例如LCD控制或音頻音量控制,其中絕對精度并不重要。在這些情況下,用戶只需根據(jù)需要增加或減少電壓。然而,由于PWM輸出造成的不準(zhǔn)確性,必須進行一些測量,以確保PWM信號永遠不會引起足夠高的輸出電壓,從而損壞其他電路。該測量可以在生產(chǎn)測試中通過測量PWM在某些參數(shù)(溫度,電源負載等)上的輸出電壓來完成?;蛘撸部梢酝ㄟ^使用ADC測量LCD輸出電壓,并通過軟件將LCD電壓保持在范圍內(nèi)來實現(xiàn)(參見下面的“數(shù)字調(diào)整電路中的誤差補償”)。

設(shè)計示例

參考圖3和圖1,并使用與DAC示例類似的命名約定,可以通過在公式5中使用以下替換來計算輸出電壓(VOUT):用R3 + R4代替R3;并將 VPWM = D × VOH + (1 - D) × VOL 替換為 VDAC。VPWM是PWM的平均輸出電壓,D是PWM的占空比(以%)為單位,VOH是輸出電壓高壓,VOL是輸出低壓。

VOUT = VREF(1 + (R1/R2)) + (VREF - D × VOH + (1 - D) × VOL)(R1/(R3 + R4))

請注意,D 的值可以從 DHIGH 更改為 DLOW(通常為 100% 更改為 0%,以離散增量)。占空比具有容差(盡管處理器數(shù)據(jù)手冊中通常未指定),這會導(dǎo)致 DHIGH(MAX)、DHIGH(MIN)、DLOW(MAX) 和 DLOW(MIN)。數(shù)字輸出電壓VOH和VOL也有容差,導(dǎo)致VOH(MIN)、VOH(MAX)、VOL(MIN)和VOL(MAX)。

可以計算出與等式6-9相同的值(參見下面的等式16-19)。使用下面“補償數(shù)字調(diào)整電路中的誤差”中所示的方法,可以避免導(dǎo)致輸出電壓超過最大所需電壓的占空比值(類似于DAC或微調(diào)電位器的數(shù)字代碼)。

VOUTMAX(LOW) = VREFMIN(1 + (R1MIN/R2MAX)) + (VREFMIN - DLOW(MAX) × VOH(MIN) + (1 - DLOW(MAX)) × VOL(MIN))(R1MIN/(R3 + R4)MAX)

VOUTMIN(HIGH) = VREFMAX(1 + (R1MAX/R2MIN)) + (VREFMAX - DHIGH(MIN) × VOH(MAX) + (1 - DHIGH(MIN)) × VOL(MAX))(R1MAX/(R3 + R4)MIN)

VOUTMAX(HIGH) = VREFMAX(1 + (R1MAX/R2MIN)) + (VREFMAX - DLOW(MIN) × VOH(MAX) + (1 - DLOW(MIN)) × VOL(MAX))(R1MAX/(R3 + R4)MIN)

VOUTMIN(LOW) = VREFMIN(1 + (R1MIN/R2MAX)) + (VREFMIN - DHIGH(MAX) × VOH(MIN) + (1 - DHIGH(MAX)) × VOL(MIN))(R1MIN/(R3 + R4)MAX)

補償數(shù)字調(diào)整電路中的誤差

有兩種常用方法可以克服用于調(diào)整DC-DC轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電路的不準(zhǔn)確性(見圖4和圖5)。兩者都涉及使用ADC測量DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓,并使用該測量值來補償數(shù)字調(diào)整電路和DC-DC轉(zhuǎn)換器的初始誤差。

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圖4.生產(chǎn)測試中DC-DC轉(zhuǎn)換器和數(shù)字調(diào)整電路的測量誤差。

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圖5.測量DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出和帶板載ADC的數(shù)字調(diào)整電路。

一種方法使用系統(tǒng)板上的ADC(圖4),而另一種方法在生產(chǎn)測試設(shè)備上使用ADC(圖5)。每種方法都有自己的優(yōu)點和缺點。

在 系統(tǒng) 板 上 使用 ADC 的 好處 是 在 生產(chǎn) 測試 中 不需要 單獨 執(zhí)行 步驟。此外,如果ADC在整個溫度范圍內(nèi)保持精確,則可以補償數(shù)字調(diào)整電路和DC-DC轉(zhuǎn)換器中固有的溫度漂移誤差。然而,使用系統(tǒng)ADC要求板載ADC足夠精確,并且具有備用通道。

在系統(tǒng)主板上使用ADC時,有兩種常用方法。第一種方法是在每次更改輸出代碼時測量DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。通過監(jiān)控輸出電壓,可以避免導(dǎo)致輸出電壓超出所需范圍的代碼。

第二種方法需要測量DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出,通常在首次向器件供電時測量。輸出電壓是在應(yīng)用幾個不同代碼的情況下測量的,允許確定初始誤差,例如失調(diào)和滿量程誤差(對于ADC)、滿量程電阻(對于微調(diào)電位器)或V哦和 V老(對于 PWM 信號)。了解這些初始誤差后,可以使用算法來避免那些會導(dǎo)致輸出電壓超出所需范圍的代碼。

當(dāng)使用生產(chǎn)測試設(shè)備測量調(diào)整電路和DC-DC轉(zhuǎn)換器的誤差時,應(yīng)采用第二種補償方法(上圖)。使用生產(chǎn)測試設(shè)備的好處是這種方法不需要系統(tǒng)ADC。此外,測試設(shè)備上的測量電路可能非常昂貴(準(zhǔn)確、精確等),而不會顯著增加最終產(chǎn)品的成本,因為它的成本分散在測試設(shè)備的整個生命周期內(nèi),而系統(tǒng)板ADC的成本內(nèi)置在每個單元中。而且,如果器件在溫度范圍內(nèi)進行測試,也可以消除溫度誤差。但溫度測試通常過于昂貴,通常不需要。

過壓問題

許多DAC的功率高達零電平,這導(dǎo)致V外達到最大值,如圖1的應(yīng)用電路所示(見公式5)。如果 V最大(高)(公式8)超過LCD電源的工作電壓范圍,在DC-DC轉(zhuǎn)換器上電之前,DAC輸出必須提高到不允許DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出過高的值。一種方法是保持DC-DC轉(zhuǎn)換器斷電,直到DAC輸出調(diào)整完畢。另一種方法是選擇上電至中間電平的DAC,這樣過壓問題就不是問題。

同樣,對于PWM,請確保在LCD DC-DC轉(zhuǎn)換器上電時其輸出未設(shè)置為零;這種情況會導(dǎo)致V最大(高)以超出LCD器件的限制(參見圖3和公式18)。

許多數(shù)字電位計的功率高達半量程,這是DC-DC轉(zhuǎn)換器調(diào)整的良性狀態(tài)。但是,如果通電到半量程會導(dǎo)致 V最大(高)為了超過LCD器件的限制(參見圖2和公式13),則必須保持DC-DC轉(zhuǎn)換器關(guān)閉狀態(tài),直到電位計設(shè)置為更高的值。

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