脈寬調制（PWM）裕量調節是一種調節電源輸出電壓的簡單技術。本應用筆記討論了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系統管理器和MAX15041評估（EV）板。

介紹

MAX34451系統管理器使用數字脈寬調制（PWM）輸出來調節電源。PWM 裕量調節在閉環中執行，器件每次調整 PWM 占空比時都會測量由此產生的電源輸出電壓。MAX34451的PWM輸出工作在312.5kHz，分辨率為8位。

本應用筆記概述了MAX34451連接至MAX15041評估（EV）板時的PWM裕量調節性能，如圖1所示。進行了幾項關鍵測試;報告結果。

組件選擇和更改

MAX15041評估板上的R5電阻從45.3kΩ變為19.6kΩ，MAX15041輸出電壓從默認的3.3V變為1.8V。

當使用MAX34451對PWM輸出電源進行裕量調節時，PWM紋波濾波器（圖1中的R72）之后的串聯電阻必須正確調整尺寸，以允許適當的裕量范圍。如何選擇合適的電阻值詳見MAX34451數據資料以及下面的公式1。

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

其中 VFB是反饋節點電壓和IFB是當前反饋節點。

在本應用筆記中，公式1的計算公式為：

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裕量調節的主要問題之一是PWM數字脈沖對產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。圖2顯示了未施加裕量調節的電源輸出電壓噪聲紋波，當電源的高裕量和低裕量為5%時。使用50mV刻度放大任何產生的紋波。如圖所示，PWM低通濾波器提供的大時間常數和84kΩ串聯電阻提供的大去耦導致電源輸出電壓增加的額外噪聲非常少。

圖2.V外應用和未應用PWM裕度的噪聲。

VOUT啟用和禁用 PWM 裕量調節時的響應

當PWM輸出使能時，它從高阻抗轉換到固定占空比，這是可編程的。在圖3中，初始占空比設置為2Fh或47十進制。之所以選擇該值，是因為MAX15041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數據資料。

圖3.V外啟用 PWM 裕量調節時的響應。

當PWM信號使能時，PWM紋波濾波器電壓接近MAX15041的標稱反饋電壓，即0.606V。當PWM占空比從初始值降低時，紋波電壓降低，從MAX15041的反饋節點拉出電流。從反饋節點拉動電流會導致電源輸出電壓增加。MAX34451繼續調節PWM占空比，同時持續監測電源輸出電壓（V外） 以獲得所需的保證金水平。

圖 4 顯示了 V 上的結果外當從邊距高狀態和邊距低狀態禁用邊距時。

圖4.V外禁用 PWM 裕量時的響應。

PWM低通濾波器對VOUT的影響外上電響應

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計。圖5所示為由此產生的電源輸出電壓（V外） 以快速斜坡過沖。在本應用筆記中，MAX15041評估板上的C7設置為10nF。當通過將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。

結論

MAX34451系統管理器的PWM電源電壓裕度工作有效且易于實現。只需確定單個電阻的值即可實現硬件設計。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過沖。

審核編輯：郭婷