ADI:简略电路让数字电源操控器与模仿操控兼容

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最近，超大规模集成(VLSI)技能的发展扩宽了数字操控运用规模，尤其是在电源电子元件方面的运用。 数字操控IC具有多种优势，比方裸片尺度更小、无源元件数量更少、本钱更低。 别的，数字操控可运用电源办理总线(PMBus^™)来完结体系装备；高档操控算法能改进功用；可编程性则可完成运用优化。 跟着 数字电源办理 的进一步遍及并替代很多模仿操控器，它有必要坚持现有功用的向后兼容性，然后使数字电源模块和模仿电源模块均可在同一个体系中作业。

模仿电源模块中一般运用输出电压调整，这样最终用户能够经过外部电阻更改电源模块的输出电压。 它具有增强的灵敏性，答应将某些经过挑选的规范模块用到简直一切运用中，而不管电压要求怎么。 图1显现AGF600-48S30 模仿电源模块中调整输出电压的典型装备。

输出电压可经过改动衔接电源模块正输出端或接地端的电阻来进行调理经过衔接外部电阻 R_UP 并使 R_DOWN浮空，能够向上调整输出电压（高于标称输出电压），或许经过衔接外部电阻 R_DOWN并使 R_UP 短路（电阻值为零）向下调整（低于标称输出电压）。

在模仿解决方案中， R_UP 和 R_DOWN可改动差错扩大器的基准电压。 差错扩大器运用电阻分压器感测输出电压，分压器经过负反应衔接差错扩大器的反相输入端。 差错扩大器的输出电压操控驱动信号的占空比，然后设置输出电压。 因而，输出电压随基准电压的改动而改动，而 R_UP 或 R_DOWN能够改动基准电压，然后向上或向下调整输出电压。

图2显现两种广泛用于模仿电源模块中的调压办法。 图2(a)中的模仿操控器引脚答应外部电阻 R_DOWN 下降差错扩大器同相输入端的电压，然后下降输出电压。 外部电阻 R_UP与电阻分压器串联衔接，可下降施加在差错扩大器反相输入端的电压，然后添加输出电压。 图2(b)中的模仿操控器不供给针对内部基准电压的拜访，但能够参加一个外部差错扩大器和基准电压源，以便对输出电压进行调整。 外部扩大器输出端与内部扩大器输出端相连，有效地旁路了内部差错扩大器。 然后，基准电压可选用之前的相同电路进行装备，然后以相同的办法对两个电源模块进行调整。

关于数字操控器来说一切的操控功用均由数字逻辑完成。 图3所示为集成PMBus接口的高档数字操控器 ADP1051 的功用框图。 该器材十分适宜高密度DC-DC电源转化，具有6个可编程脉冲宽度调制(PWM)输出，可操控大部分高效电源拓扑。 别的，该器材还能操控同步整流(SR)，并集成6个模数转化器(ADC)，能够采样模仿输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、温度以及其它参数。 转化为数据后，将这些信号发送至数字内核模块进行处理。 该器材选用灵敏的状态机架构，以硬件完成悉数功用，供给安稳牢靠的解决方案，但无法经过编程完成规划以外的功用。 器材的悉数功用——包含输出电压调整——均以数字办法处理。 为了调整输出电压，应经过PMBus接口发送一条指令，改动数字基准电压值。

考虑整个操控环路，输出电压经过电压分压器或许运算扩大器缩放到适宜的值，然后输入给VS+引脚。ADC对该电压进行采样。 数字内核知道数字化的输出电压值只选用逻辑电平信号作业，因而无法运用外部基准电压并旁路内部比较器和滤波器。 受限于这种固定的硬件装备，向后兼容现有模仿调整功用的仅有途径是调理VS+引脚上的ADC检测电压。 一种办法是重新装备反应网络。

图4中， R_D1 和 R_D2构成规范反应网络——一个简略的电阻分压器，可在ADC检测输出电压之前对其进行调理。 检测电压为：

(1)

其间， V_O 是电源模块的实践输出电压。 选用规范反应网络，则输出电压无法以模仿办法调整。 如图4所示，经过参加 R_UP, R_T0, 和 V_TRIM的办法重新装备反应网络可对份额输出电压进行调理。 所以，检测电压为：

(2)

VS+引脚上的正常作业电压为1 V。若 V_TRIM 为1 V左右且 R_T0远大于 R_D2， 则可疏忽电路的其他分支部分。 复合网络用作简略分压器，并调理R_UP 电阻值，供给类似于模仿操控器的特性，完成了模仿电源模块中的电压向上调整。

但是，供给向下调整才能则要更为杂乱。 数字操控器不知道体系应当输出的切当电压值，因而它会测验最大程度下降V_VS+ 和内部数字基准电压之间的差错。 V_VS+ 将一直随内部数字基准电压的改动而改动，其典型值设为1 V。等式2显现 V_O 与 V_TRIM 呈线性关系。 由图2可知，向下调整输出电压的机制是发生一个表明所需输出电压与标称输出电压之差的差错电压。内部的基准电压将先会减去这个差错电压，然后才会加到差错扩大器的同相端。 若在差错扩大器的反相输入端参加相同的电压差，则两个电路都将具有相同的输出成果。 因而， V_TRIM 应当与所需的输出电压和标称电压之差成份额，而非选用固定值。

图5中的电路具有兼容模仿向上或许向下调压的功用两个电阻分压器发生两个基准电压，其间一个基准电压表明模仿操控器所需的输出基准电压，另一个表明内部基准电压。 运用一个电压跟从器来防止所需的输出基准电压与后续电路相互影响。 运用AD822 FET输入运算扩大器，将所需的输出基准电压(V1)从模仿操控器的内部基准电压(V2)中去除，得到所需的电压差。此电路的线性扩大增益保证了V_TRIM足够大，然后能对 V_VS+ 发生影响。

方针输出电压调整特性的界说拜见AGF600-48S30数据手册。表1显现了一组运用于新装备反应网络中的参数，选用此组参数，能够使其兼容模仿电源模块电压调整特性

表1. 图5所示电路的电阻值

选用等式2和表1中的数值，便可核算输出电压调整特性。 图6显现成果曲线。 方针值和核算值之间的差错由重新装备的反应网络发生。 该差错极小（标称输出电压为30 V时，该差错值缺乏0.1 V），这表明该电路的输出成果杰出。

经过核算能够验证这种重新装备反应网络以调整输出电压的办法，并为其它运用数字基准电压的数字电源操控器——比方 ADM1041A, ADP1046A, ADP1050, 和 ADP1053等——向后兼容模仿操控器供给思路，增强了数字电源解决方案的灵敏性。

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