在可調降壓型DC-DC轉換器設計中使用數(shù)字電位器

本應用筆記介紹如何使用數(shù)字電位器，利用MAX1776降壓型DC-DC轉換器產(chǎn)生可調電壓電源。圖中顯示了采用DS3903的參考設計，該設計能夠產(chǎn)生1.25V至5.50V的穩(wěn)壓電源，電位器允許將電源校準至所需電壓電平的1.8%以內。根據(jù)MAX1776使用的限流設置，該設計能夠提供高達600mA的電流。

介紹

DS3903是這類應用的理想器件，因為電位器端子允許的電壓為0V至5.5V，與DS3903的電源電壓無關。這樣就可以將DS3903設計到MAX1776的反饋環(huán)路中，而不保證DS3903的電源電平始終大于產(chǎn)生的輸出電壓。此外，DS3903在整個溫度范圍內用作分壓器時具有30PPM/°C的穩(wěn)定性，可將溫度對電路性能的影響降至最低。為了進一步了解數(shù)字電位計在電源設計中的應用，AN226討論了使用帶有升壓DC-DC轉換器的數(shù)字電位計。

使用數(shù)字電位計的優(yōu)勢

使用數(shù)字電位計創(chuàng)建可調電源的主要好處是，它們允許校準過程的自動化。對于2線和3線數(shù)字電位計尤其如此，因為它們的數(shù)字接口易于計算機控制。當連接到測試/測量系統(tǒng)時，這允許校準電壓電源，而無需在電壓電源電路的生產(chǎn)中引入勞動密集型過程。在此類應用中使用數(shù)字電位計的其他好處包括：非易失性（NV）位置設置;外形小巧;每個封裝幾個電位計;低比例溫度系數(shù);最后但并非最不重要的一點是，它們相對便宜。

DS3909與MAX1776配合使用

為了產(chǎn)生可調電源，數(shù)字電位計用于設置輸出電壓V的比率外，至MAX1776的反饋電壓，VFB.這是通過將輸出電壓連接到電位計的高端端子（H）、低端端子（L）連接到地以及游標輸出（W）連接到反饋引腳FB來完成的，見圖1。

圖1.在反饋環(huán)路中使用數(shù)字電位器，MAX1776

輸出電壓將通過調整電位器的位置來設置，這將使MAX1776升高或降低輸出電壓，直到VFB最終保持在V的指定范圍內FB用于MAX1776。輸出電壓在公式1中顯示為電阻的函數(shù)，其中V外為輸出電壓，RL是從雨刮器到地面的電阻，R電子電氣是數(shù)字電位器的端到端電阻。

等式2和等式3顯示R電子電氣和 RL作為 ΔR 和 P 的函數(shù)，其中 ΔR 是每個位置的增量電阻增加，P 是當前位置設置，常數(shù)/P 是給定數(shù)字電位計的總數(shù)。DS3903的電位器各有128個位置。

等式4是將等式2和3代入等式1，然后求解V的結果外并簡化表達式。等式 5 是等式 4，假設 VFBMAX1776在標稱值為1.25V時保持恒定，使用具有3903位的DS128。

圖2所示電路為簡單電路，允許DS3903工作在MAX1776的輸入電壓（V在= 4.5V至24.0V），并提供調節(jié)輸出所需的反饋。使DS3903能夠在該電路中工作的關鍵因素是：

DS3903的寬V電壓抄送電源范圍 （2.7V 至 5.5V） 允許其使用齊納二極管來調節(jié)其 V抄送供應。DS3903的電源電壓隨V變化范圍約為2.7V至4.3V在范圍為4.5V至24V。

只要DS3903上電，DS0的電位器信號就可以工作在5V至5.3903V，與DS3903的V無關。抄送供應水平。大多數(shù)數(shù)字電位計要求電位計端子保持在0V和V之間抄送.這就要求MAX1776的輸出電壓低于數(shù)字電位器的電源電壓。由于DS3903沒有這一要求，因此在這類應用中提供了更大的靈活性。

SDA和SCL上拉電阻（R1和R2）采用與DS3903相同的電源供電（VDS3903），這也確保了該器件能夠在很寬的輸入電壓范圍內工作。如果DS3903與2線總線斷開連接，上拉電阻應保持連接到SDA和SCL，以防止它們浮空低電平。

DS3903是NV的，所以一旦它被用來校準電源，它就會記住它的設置，直到將來改變，即使電路斷電也是如此。

圖2.使用DS3903和MAX1776

MAX1776所示的無源元件應根據(jù)MAX2數(shù)據(jù)資料表3所示的推薦元件選擇指南，根據(jù)所需的限流輸入ILIM和ILIM1776進行選擇。本應用筆記所示值與本表所示電路3相對應。該電路能夠提供 150mA 直流電流，峰值電感電流為 300mA。如引言中所述，其他電路配置可提供高達600mA的電流。

電源電壓精度、精度和溫度性能

通常用于確定應用中電壓電源性能的三個參數(shù)是其精度、精密度和溫度性能。本節(jié)介紹確定數(shù)字電位計的積分和差分非線性及其溫度性能如何影響電壓電源設置輸出電壓、校準輸出電壓和在整個溫度范圍內保持輸出電壓的能力所需的一些分析。這些技術可用于分析將任何數(shù)字電位計放入類似的DC-DC轉換器設計中的影響。

供應精度

電源精度定義為使用公式5計算數(shù)字電位計位置，將電源設置為特定電壓時可以預期的誤差。公式5假設MAX1776具有典型反饋電壓（VFB= 1.25V）和DS3903電位器的理想積分非線性（INL）特性。實際上，MAX1776的反饋電壓為±3%，DS3903的INL數(shù)據(jù)資料值為±1 LSB。因為輸出電壓由乘以V決定FB乘以電位計的 1/比率，與 INL 相關的任何誤差乘以 V 的比率外/VFB也。圖3所示為輸出精度與所需輸出電壓的函數(shù)關系，使用最差情況和典型情況（基于DS3903數(shù)據(jù)資料中的典型工作特性）INL電位器型號。該曲線是使用公式4和最壞情況V計算的FB（下限和上限分別為1.212V或1.288V）和RL調整±1 LSB或典型的INL值±0.090 LSB。在大多數(shù)情況下，輸出電壓的精度并不重要，因為電位計的精度會影響校準后的電源精度。

圖3.輸出電壓精度與所需輸出電壓的函數(shù)關系。

供應精度

電源精度決定了可用于將電源校準到所需輸出電壓的分辨率。分析電源精度，VFB假設給定器件為常數(shù)，并評估數(shù)字電位計的離散步進（包括差分非線性（DNL））引起的量化誤差。必須假設最壞情況或典型DNL將始終影響有關所需電壓的離散步進。圖4顯示了DNL對電源精度的影響。

為了計算電源精度，使用公式1，RL將進行調整以考慮DNL，例如 那 RL± DNL 會導致量化間隔增加。校準誤差是量化間隔的 5/2。圖<>顯示了示例電路（圖<>）最壞情況下校準誤差與輸出電壓的關系。

圖 4a.考慮量化誤差和DNL分析電源精度。

圖 4b.考慮量化誤差和DNL分析電源精度。

圖5.電源精度引起的校準誤差與所需輸出電壓的函數(shù)關系。

溫度性能

在這種類型的反饋環(huán)路中使用數(shù)字電位器的優(yōu)點之一是，當數(shù)字電位計用作分壓器時，它們在整個溫度范圍內具有非常好的性能。這是構成數(shù)字電位計中電阻元件的材料在單個芯片內匹配的直接結果。看著 V輸出精度與溫度的關系 典型性能曲線 在MAX1776的數(shù)據(jù)資料中，它在-1°C至+1°C溫度范圍內偏移約-0.7%至+40.85%。當用作分壓器時，達拉斯半導體的大多數(shù)數(shù)字電位計都能提供±30PPM/°C的溫度穩(wěn)定性。如果分析最壞情況，DS3903只會給電路的溫度性能增加0.2%（30PPM/°C x （25°C - （-40°C）） = 1950PPM = 0.195%）誤差。通常，DS3903的分壓器溫度系數(shù)約為15PPM/°C，因此這種效應通常只會導致輸出電壓發(fā)生0.1%的變化。與每個都有自己的溫度系數(shù)的外部電阻相比，數(shù)字電位計通常更勝一籌。

提高電路精度的技術

采用圖2所示設計，99個位置中只有128個會產(chǎn)生低于5.5V的輸出電壓。顯著提高電路精度的簡單改進是在電位計低端和地以及高端和輸出電壓之間增加電阻，見圖6。通過計算 R 的智能值1和 R2，可以使用電位計的所有位置在較小的范圍內調節(jié)輸出電壓（例如，所有128個位置都在3.0V和3.6V之間調整）。由于在較小的范圍內會有更多的調整位置，因此大大提高了電路的精度。必須仔細考慮的一件事是 R電子電氣具有廣泛的耐受性。通常數(shù)字電位器指定R電子電氣作為 ±20%，另外還有 R電子電氣會隨溫度變化。

圖6.通過增加外部偏置電阻來提高電路的精度。

改善電路性能的另一種簡單方法是選擇具有更多位置的數(shù)字電位器，例如DS1845。選擇DS1845的好處是它提供256針位，而不是128針位。選擇DS1845的缺點是要求電位器工作在DS1845的電源電平范圍內。因此，電路可能必須采用穩(wěn)定的5V電源供電，并要求輸出電壓小于5V。這在某些情況下可能是實用的，并且是使電路適應特定需求的簡單方法。

結論

本應用筆記提供了在降壓型DC-DC轉換器的反饋環(huán)路中使用數(shù)字電位器的示例設計，并討論了如何分析電路的精度、精密度和溫度性能。在電源電路中使用數(shù)字電位計在應用中是有益的，因為它可以減小電路的尺寸和校準時間，在許多情況下還可以降低整體元件成本。

審核編輯：郭婷