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如何通過可調DC-DC改裝成可數控的開關穩壓電源?

鉅大LARGE  |  點擊量:1325次  |  2020年03月31日  

DC-DC開關穩壓電路由于其高效率、大電流的優點被廣泛使用。可調DC-DC可以通過調節反饋分壓電阻來調節輸出電壓。圖1是常用DC-DC降壓穩壓芯片LM2596-Adj的典型應用電路,通過調節R1和R2就可以得到所需輸出電壓。


圖1


DC-DC開關穩壓電路由于其高效率、大電流的優點被廣泛使用。可調DC-DC可以通過調節反饋分壓電阻來調節輸出電壓。圖1是常用DC-DC降壓穩壓芯片LM2596-Adj的典型應用電路,通過調節R1和R2就可以得到所需輸出電壓。


有時候我們需要動態調節輸出,最簡單的方法就是把電阻換成電位器,通過手動調節的方式,動態調節輸出電壓。


然而,在系統應用中,電源電壓調節必須要實現數字控制,就是我們常說的數控開關穩壓電源。很多新手都懂得使用單片機、DAC、DC-DC電路,當要做一個數控開關穩壓電路的時候,往往想到使用數字電位器。可是,數字電位器往往成本高、分辨率有限、噪聲大、不常用等缺點,用到數控穩壓電路里就不太理想。


如果我們能夠設計出一種可以用電壓調節輸出的開關穩壓電路,然后用DAC來控制調節電壓,那么就很容易實現。問題是我們不可能自己重新設計一個DC-DC,如果能把現成的DC-DC集成芯片,通過修改外圍電路的方式,來實現用電壓來控制輸出,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改裝成可數控的開關穩壓電源。


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定電壓Vset進行比較,然后運放輸出的調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FB引腳的反饋信號極性沒有改變,在整體來看還是負反饋,所以輸出電壓同樣可以穩定。再根據運放的虛短虛斷,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部的Vref變成了外部可控的Vset,相當于把芯片的內部基準電壓移到了外部,通過DAC可以很方便地調節Vset。


電路中運放電源加入了-5V負電壓,目的是使運放可以輸出達到Vref(1.235V)+VD1(0.7V)左右,使得輸出電壓可以穩定,D1和R5是為了確保不讓運放輸出的負電壓反饋至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,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,二極管關斷,LM2596處于開環狀態,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,使二極管導通,LM2596處于閉環狀態,會減小輸出電壓。這樣直到穩定。


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

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