如何在DC-DC轉換器中增加裕量調節功能

本應用筆記介紹了一種簡便的通過連接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DS4404非常簡單。DS4404加在DC-DC轉換器的反饋結點(見虛線)，用于調節DC-DC轉換器的VOUT。上電時，DS4404輸出電流為0A (表現為高阻態)，在通過I2C接口寫入數據之前，DS4404處于透明狀態。


圖1. DS4404在DC-DC轉換器反饋電路中的連接

實例中進行以下假設(與DS4404無關)：

VIN = 3V至5.5V
VOUT = 1.8V (所要求的標稱輸出電壓)
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DC-DC轉換器的FB引腳的輸入阻抗，這一點也很重要，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間的關系式，當IDS4404 = 0A時，得到輸出電壓VOUT的標稱值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FB節點電流之和得出。



通過求解式1得出RBOTTOM，替代后可將上式簡化為：



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，在利用上述關系式計算RTOP和RBOTTOM之前，必須首先選擇滿量程電流IFS。

根據DS4404數據資料，滿量程電流介于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)時可確保精度和線性指標。不幸的是，沒有可利用的等式來計算理想的滿量程電流，不同應用將得到不同結果。影響滿量程電流選擇的因素有：調整級數、步長以及RTOP、RBOTTOM。同樣，當用一個特定的寄存器設置相應的裕量百分比要求時，可能還有其它因素。任何情況下，選擇理想的滿量程電流都需要反復測試確定，進而計算出RTOP、RBOTTOM、RFS和步長。一旦確定了滿量程電流，可以對其進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，從VOUTNOM到VOUTMIN同樣給出了31級步長，足以滿足本例要求。

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

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，符號位通常用來選擇吸電流或源出電流。當符號位 = 0時，DS4404輸出為吸電流，使VOUT增大到VOUTMAX；當符號位 = 1時，DS4404輸出為源電流，使VOUT降低到VOUTMIN。

同樣，當IFS = IDS4404 = 2.0mA時：



比較RTOP和RBOTTOM兩種情況，可以看出：IFS = 0.5mA時阻抗更高，更具優勢。