以數(shù)字方式選擇參考電壓

可調(diào)參考電壓源為電路設(shè)計(jì)者提供了極大的靈活性，因?yàn)樵搮⒖茧妷翰辉倬窒抻谥圃焐痰念A(yù)設(shè)值。從輸出到反饋引腳，可調(diào)輸出通常會(huì)配置一個(gè)分壓器，如圖1所示。為調(diào)節(jié)輸出，將反饋引腳的電壓與內(nèi)部參考電壓（在本帖中顯示為VREF_INT）作比較，通常為1.2V。設(shè)備會(huì)對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到VFB和VREF_INT相匹配。

一些可調(diào)并聯(lián)參考（如LM4041）使VFB通過(guò)R1；還有一些并聯(lián)參考會(huì)使VFB通過(guò)R2，如TLV431。而我主要研究LM4041，但在方程中，通過(guò)轉(zhuǎn)換R1和R2，此概念同樣適用于其他可調(diào)并聯(lián)參考。在本篇博文上，我將介紹一種用數(shù)字信號(hào)改變電阻分壓器和參考電壓的方法。

圖1：典型的VREF反饋分頻器

該方法中使用一個(gè)數(shù)字電位計(jì)替代兩個(gè)固定電阻。圖2概念性地展示了這一點(diǎn)，其中反饋引腳與電位計(jì)的弧刷相連接，高端連接VREF，低端連接GND。

圖2：電位計(jì)中央分接頭（弧刷）連接反饋引腳

圖3展示的是重繪電路，用TPL0102數(shù)字電位計(jì)充當(dāng)電壓分頻器。通過(guò)連接穿過(guò)內(nèi)部電阻高低引腳的電壓，連接輸出與弧刷引腳，可以安裝一個(gè)數(shù)字電位計(jì)作為電壓分頻器?；∷⒌奈恢脮?huì)影響弧刷與高低引腳間的電阻比率，此外通過(guò)向設(shè)備發(fā)送代碼，可以用數(shù)字方式對(duì)該位置進(jìn)行控制。TPL0102使用I2C接口，其他電位計(jì)使用串行外設(shè)接口或平行接口。

圖3：TPL0102數(shù)字電位計(jì)作為反饋分頻器時(shí)的VREF

因?yàn)殡娮璞嚷试O(shè)定輸出電壓，所以分頻器電阻的絕對(duì)值不是至關(guān)重要的。這樣一來(lái)，便可以輕松用數(shù)字電位計(jì)來(lái)替代電阻分頻器。方程1中展示了調(diào)節(jié)輸出、VREF_OUT和電阻比率之間的關(guān)系：

在該應(yīng)用中，這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)閿?shù)字電位計(jì)的絕對(duì)電阻值變化很大，而電阻比率卻是非常準(zhǔn)確。例如，為產(chǎn)生3.3伏的參考電壓，要求R2對(duì)R1的電阻比率為1.66。

電位計(jì)數(shù)據(jù)表中提供了用于計(jì)算特定代碼電壓分頻器輸出的公式，如方程2和方程3所示。其中，VHW表示從高引腳(H)到弧刷的電壓，而VWL表示從弧刷(W)到低引腳(L)的電壓：

我在介紹中提到VFB通過(guò)R1，所以我們繼續(xù)使用方程2，計(jì)算高引腳與弧刷引腳之間的電壓。弧刷連接至設(shè)備的反饋引腳，VFB被迫為VREF_INT。方程4展示了用于求出VREF_OUT所要求數(shù)字代碼的公式：

繼續(xù)討論方程5中的例子，其中NTAPS為256，VREF_INT為1.24伏，V-REF_OUT為3.3伏，你需要寫出十進(jìn)制碼160，得出R1和R-2電阻值分別為37.50kW和62.50kW。更重要的是，用方程1計(jì)算得出這兩個(gè)電阻的比率同樣是1.66。

如果你需要改變參考電壓，你只需寫出I2C事務(wù)，相應(yīng)地移動(dòng)弧刷位置即可。因此，反饋引腳的電壓會(huì)改變并調(diào)節(jié)VREF_OUT。你也可以使用電位計(jì)以數(shù)字方式調(diào)整參考電壓，電位計(jì)上的分接頭越多，電阻率的分辨率越高，輸出參考電壓的分辨率也就越高。

該應(yīng)用中使用數(shù)字電位計(jì)的一大缺陷在于數(shù)字電位計(jì)集成電路的電壓極限一般不能超過(guò)5.5伏?？梢源_定的是，電阻率不會(huì)出現(xiàn)VREF_OUT大于5.5伏的情況。對(duì)于一個(gè)有256個(gè)分接頭的數(shù)字電位計(jì)和內(nèi)部參考電壓為1.24伏的并聯(lián)參考來(lái)說(shuō)，十進(jìn)制碼不能超過(guò)200。圖4展示了輸入碼對(duì)有256個(gè)分接頭的電位計(jì)和1.24伏參考設(shè)備的參考電壓的影響。

圖4：參考電壓與數(shù)字電位計(jì)代碼

為并聯(lián)參考通電之前安裝使用電位器可以保證將電阻分壓器放在正確位置。如果不可行，則可以在未使VFB降低的電阻上并聯(lián)加裝一個(gè)大電阻器。這樣一來(lái)，LM4041從反饋引腳（通過(guò)R2）到地面的功率將為1MW，或者TLV431從反饋引腳（通過(guò)R1）到輸出口的功率將為1MW。

為避免再產(chǎn)生一個(gè)并聯(lián)電阻，可以在設(shè)備上安裝固定R1和R2電阻器，并將數(shù)字電位計(jì)與其中一個(gè)電阻串聯(lián)連接。然后需安裝電位計(jì)作為變阻器，如圖5所示。這種安裝方法取決于數(shù)字電位計(jì)的絕對(duì)電阻值，它不像作為比率計(jì)分壓器時(shí)那樣精確，需向微控制器提供反饋從而最終做出數(shù)字編碼的選擇。

圖5：以數(shù)字電位計(jì)為變阻器的固定電阻器

既然你了解了用可調(diào)參考電壓設(shè)置輸出電壓的方法，你就知道如何利用其隨時(shí)改變輸出電壓。如果你在應(yīng)用中已經(jīng)使用了微控制器，那么搭配使用數(shù)字電位計(jì)可以給一個(gè)看似簡(jiǎn)單的零部件添加一些功能。

審核編輯：郭婷