如何通過可調(diào)DC-DC改裝成可數(shù)控的開關(guān)穩(wěn)壓電源

圖1

DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓電路由于其高效率、大電流的優(yōu)點被廣泛使用?？烧{(diào)DC-DC可以通過調(diào)節(jié)反饋分壓電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓。圖1是常用DC-DC降壓穩(wěn)壓芯片LM2596-Adj的典型應(yīng)用電路，通過調(diào)節(jié)R1和R2就可以得到所需輸出電壓。

有時候我們需要動態(tài)調(diào)節(jié)輸出，最簡單的方法就是把電阻換成電位器，通過手動調(diào)節(jié)的方式，動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓。

然而，在系統(tǒng)應(yīng)用中，電源電壓調(diào)節(jié)必須要實現(xiàn)數(shù)字控制，就是我們常說的數(shù)控開關(guān)穩(wěn)壓電源。很多新手都懂得使用單片機、DAC、DC-DC電路，當(dāng)要做一個數(shù)控開關(guān)穩(wěn)壓電路的時候，往往想到使用數(shù)字電位器。可是，數(shù)字電位器往往成本高、分辨率有限、噪聲大、不常用等缺點，用到數(shù)控穩(wěn)壓電路里就不太理想。

如果我們能夠設(shè)計出一種可以用電壓調(diào)節(jié)輸出的開關(guān)穩(wěn)壓電路，然后用DAC來控制調(diào)節(jié)電壓，那么就很容易實現(xiàn)。問題是我們不可能自己重新設(shè)計一個DC-DC，如果能把現(xiàn)成的DC-DC集成芯片，通過修改外圍電路的方式，來實現(xiàn)用電壓來控制輸出，那么問題就得到解決。下面，我還是以LM2596-Adj為例，看看怎樣把LM2596-Adj改裝成可數(shù)控的開關(guān)穩(wěn)壓電源。

圖2

圖2就是把LM2596-adj改裝成電壓控制的DC-DC電路。與圖1電路不同的是，這里的反饋回路串入了一個運放，該運放組成一個比較電路，把電阻R1、R2的分壓反饋信號與設(shè)定電壓Vset進(jìn)行比較，然后運放輸出的調(diào)整電壓通過一個二極管反饋到LM2596的FB腳。由于反饋信號加在運放的同相輸入端，到達(dá)FB引腳的反饋信號極性沒有改變，在整體來看還是負(fù)反饋，所以輸出電壓同樣可以穩(wěn)定。再根據(jù)運放的“虛短虛斷”，運放的輸入電壓V+ = V- ，也就是說輸出電壓：Vout = Vset(1+R2/R1)。

相對于圖1，輸出電壓公式中芯片內(nèi)部的Vref變成了外部可控的Vset，相當(dāng)于把芯片的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓“移”到了外部，通過DAC可以很方便地調(diào)節(jié)Vset。

電路中運放電源加入了-5V負(fù)電壓，目的是使運放可以輸出達(dá)到Vref（1.235V）+ VD1(0.7V)左右，使得輸出電壓可以穩(wěn)定，D1和R5是為了確保不讓運放輸出的負(fù)電壓反饋至FB引腳。如果把運放換成寬電壓的軌對軌運放，則負(fù)電壓和D1、R5可以去掉。

缺點是由于反饋通路多了一個運放，造成信號的一些延時，反饋信號的相位裕度變小，所以輸出電壓的紋波會有所增大，不過整體性能還是不錯的。不知道選用帶寬較高的運放會不會有所改善。

1、運放工作在比較狀態(tài)，例如LM2596輸出16V，DAC輸出5V，那么運放同向端輸入電壓就為4V，這時運放輸出0狀態(tài)，二極管關(guān)斷，LM2596處于開環(huán)狀態(tài)，他的輸出會增大，直到使運放同向端大于反向端電壓，運放輸出1狀態(tài)，使二極管導(dǎo)通，LM2596處于閉環(huán)狀態(tài)，會減小輸出電壓。這樣直到穩(wěn)定。

2、運放使用負(fù)電壓-5V可以使運放輸出電壓在輸出0狀態(tài)的時候低于0.7v，這樣可以確保D1二極管不會導(dǎo)通。