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如何通过可调DC-DC改装成可数控的开关稳压电源?

发布时间:2018-03-07 来源:半导体动态 责任编辑:lina

【导读】DC-DC开关稳压电路由于其高效率、大电流的优点被广泛使用。可调DC-DC可以通过调节反馈分压电阻来调节输出电压。图1是常用DC-DC降压稳压芯片LM2596-Adj的典型应用电路,通过调节R1和R2就可以得到所需输出电压。

 

 
图1
 
DC-DC开关稳压电路由于其高效率、大电流的优点被广泛使用。可调DC-DC可以通过调节反馈分压电阻来调节输出电压。图1是常用DC-DC降压稳压芯片LM2596-Adj的典型应用电路,通过调节R1和R2就可以得到所需输出电压。

有时候我们需要动态调节输出,最简单的方法就是把电阻换成电位器,通过手动调节的方式,动态调节输出电压。
 
然而,在系统应用中,电源电压调节必须要实现数字控制,就是我们常说的数控开关稳压电源。很多新手都懂得使用单片机、DAC、DC-DC电路,当要做一个数控开关稳压电路的时候,往往想到使用数字电位器。可是,数字电位器往往成本高、分辨率有限、噪声大、不常用等缺点,用到数控稳压电路里就不太理想。
 
如果我们能够设计出一种可以用电压调节输出的开关稳压电路,然后用DAC来控制调节电压,那么就很容易实现。问题是我们不可能自己重新设计一个DC-DC,如果能把现成的DC-DC集成芯片,通过修改外围电路的方式,来实现用电压来控制输出,那么问题就得到解决。下面,我还是以LM2596-Adj为例,看看怎样把LM2596-Adj改装成可数控的开关稳压电源。
 
 
图2
 
图2就是把LM2596-adj改装成电压控制的DC-DC电路。与图1电路不同的是,这里的反馈回路串入了一个运放,该运放组成一个比较电路,把电阻R1、R2的分压反馈信号与设定电压Vset进行比较,然后运放输出的调整电压通过一个二极管反馈到LM2596的FB脚。由于反馈信号加在运放的同相输入端,到达FB引脚的反馈信号极性没有改变,在整体来看还是负反馈,所以输出电压同样可以稳定。再根据运放的“虚短虚断”,运放的输入电压V+ = V- ,也就是说输出电压:Vout = Vset(1+R2/R1)。
 
相对于图1,输出电压公式中芯片内部的Vref变成了外部可控的Vset,相当于把芯片的内部基准电压“移”到了外部,通过DAC可以很方便地调节Vset。
 
电路中运放电源加入了-5V负电压,目的是使运放可以输出达到Vref(1.235V)+ VD1(0.7V)左右,使得输出电压可以稳定,D1和R5是为了确保不让运放输出的负电压反馈至FB引脚。如果把运放换成宽电压的轨对轨运放,则负电压和D1、R5可以去掉。
 
缺点是由于反馈通路多了一个运放,造成信号的一些延时,反馈信号的相位裕度变小,所以输出电压的纹波会有所增大,不过整体性能还是不错的。不知道选用带宽较高的运放会不会有所改善。
 
1、运放工作在比较状态,例如LM2596输出16V,DAC输出5V,那么运放同向端输入电压就为4V,这时运放输出0状态,二极管关断,LM2596处于开环状态,他的输出会增大,直到使运放同向端大于反向端电压,运放输出1状态,使二极管导通,LM2596处于闭环状态,会减小输出电压。这样直到稳定。
 
2、运放使用负电压-5V可以使运放输出电压在输出0状态的时候低于0.7v,这样可以确保D1二极管不会导通。


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