DC/DC 轉換器輸出電壓調整的方法，包括數(shù)字通信接口、數(shù)字輸入和模擬輸入三種方式

本文主要介紹了 DC/DC 轉換器輸出電壓調整的方法，包括數(shù)字通信接口、數(shù)字輸入和模擬輸入三種方式，具體內容如下：
*附件：DCDC 轉換器輸出電壓調整的方法.pdf

1. 數(shù)字通信接口
   • 工作原理 ：使用如或 PMBus 等數(shù)字通信接口調整輸出電壓，能在給定范圍內以特定步長設置大量離散值，還可實現(xiàn)更多系統(tǒng)控制、交互和故障報告功能。
   • 應用案例 ：TPS62866 允許在 0.4V - 1.675V 范圍內以 5mV 增量設置輸出電壓，用于主處理器核心電壓調整以優(yōu)化功耗和性能；TPS40428 雙相雙輸出降壓控制器采用 PMBus 實現(xiàn)多相應用中的電壓調整。
2. 數(shù)字輸入
   • 工作原理 ：通過單個數(shù)字輸入信號（如 GPIO 引腳）在兩個電壓之間調整輸出，常用于 USB Type - C 端口或某些 MCU 以適應功率傳輸需求或降低功耗。
   • 應用案例 ：TPSM82480 和 TPS62136 等設備的 VSEL 功能，可將 USB Type - C 端口電壓從 5V 提升到 9V 實現(xiàn)快速充電；TPS62866 的 VSET 引腳與 VID 引腳結合，可設置啟動電壓并在啟動后改變輸出電壓；TPS62745 的四個 VSELx 引腳可在運行時改變輸出電壓，但只能在預定義值范圍內調整。
3. 模擬電壓輸入
   • 工作原理 ：利用模擬信號（如電壓基準、DAC 輸出或濾波后的 PWM 信號）通過電阻輸入到 FB 引腳來控制輸出電壓，可實現(xiàn)任意輸出電壓，適用于模擬 LED 調光和模擬電路偏置。
   • 應用案例 ：使用 TPS62088 和 DAC53608，通過計算選擇合適電阻，可從 0.3V - 3V 的 DAC 輸出電壓產(chǎn)生 0.3V - 1.8V 的輸出電壓，且兩者測量數(shù)據(jù)與理想曲線匹配良好；TPS82130 電源模塊采用此技術可產(chǎn)生可變負輸出電壓用于光電路偏置；若無可用模擬電壓，可用 RC 濾波器對 PWM 信號濾波來創(chuàng)建模擬電壓調整輸出電壓。
     

改變輸出電壓有助于優(yōu)化功率傳輸、降低功耗或正確偏置模擬電路，文中介紹的三種技術可根據(jù)具體需求調整輸出電壓，相關示例可應用于特定系統(tǒng)設計。

數(shù)字通信接口在調整 DC/DC 轉換器輸出電壓方面具有高度的靈活性和可控性，以下是文中提到的兩個應用案例：

1. TPS62866 在主處理器核心電壓調整中的應用

• 輸出電壓范圍及精度 ：TPS62866 允許輸出電壓在 0.4V 到 1.675V 之間，并且能夠以 5mV 為增量進行精確設置。這種精細的電壓調整能力使得主處理器的核心電壓可以根據(jù)不同的工作條件和任務需求進行精準優(yōu)化，從而實現(xiàn)功耗和性能之間的平衡。
• 啟動電壓設置 ：通過 VSET 引腳與電阻 R1 的配合，在總線激活前在硬件層面設置啟動電壓。具體而言，不同的 R1 電阻值（來自 E96 系列）對應不同的默認輸出電壓，例如 249kΩ 電阻對應 1.15V 的啟動電壓，205kΩ 電阻對應 1.10V 等。這種方式不僅節(jié)省了一個反饋（FB）電阻，降低了成本和尺寸，還提高了輸出電壓的準確性，因為避免了兩個 FB 電阻可能帶來的誤差。同時，由于電阻值僅在啟動時測量，之后不消耗電流，從而提供了更低的泄漏電流。
• 功能拓展 ：TPS62866 集成了接口，其寄存器包含多種設置選項。除了能夠精確調整輸出電壓外，還可以進行設備啟用、設備復位、可編程壓擺率（在改變輸出電壓時）、輕負載效率或最低紋波模式選擇、過溫警告、電流限制指示以及電源良好指示等操作。這些功能使得系統(tǒng)能夠對電源進行全面而細致的管理，進一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在處理器執(zhí)行不同任務時，可根據(jù)任務對性能和功耗的要求，通過通信動態(tài)調整核心電壓，同時利用可編程壓擺率控制電壓變化的速率，避免因電壓突變對系統(tǒng)造成不良影響；過溫警告功能則可及時通知系統(tǒng)采取措施，防止因過熱損壞設備。

2. TPS40428 在多相應用中的 PMBus 應用

• 多相控制器功能 ：TPS40428 是一款雙相、雙輸出降壓控制器，適用于需要高功率密度和高效率的應用場景。它利用 PMBus 接口實現(xiàn)對電源的數(shù)字控制，這種基于物理層的通信協(xié)議允許系統(tǒng)通過預定義的命令集對電源進行編程、監(jiān)控和故障管理，無需編寫復雜的代碼。
• 典型應用電路 ：在典型的多相應用中（如圖 2 所示），TPS40428 通過 PMBus 接口（PMBDATA、PMBCLK 和 SMBALERT 引腳）與系統(tǒng)進行通信。它能夠精確控制兩個輸出電壓（VOUT1 和 VOUT2），并根據(jù)系統(tǒng)需求調整相位、占空比等參數(shù)，以實現(xiàn)高效的功率轉換。例如，在服務器電源中，多個 TPS40428 控制器可以協(xié)同工作，通過 PMBus 進行集中管理，根據(jù)不同的負載情況動態(tài)調整各個相位的輸出，從而提高整個電源系統(tǒng)的效率，降低能耗。同時，PMBus 的故障報告功能可及時檢測并通知系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，如過流、過壓等，以便系統(tǒng)采取相應的保護措施，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

審核編輯 黃宇