高 敏

（江蘇商貿職業(yè)學院，江蘇 南通，226011）

開關電源輸出電壓的數(shù)控設計

高 敏

（江蘇商貿職業(yè)學院，江蘇 南通，226011）

普通開關電源模塊采用人工調節(jié)輸出電壓，不能實現(xiàn)輸出電壓自適應調整。實現(xiàn)輸出電壓自適應調整的關鍵是實現(xiàn)輸出電壓的數(shù)控調節(jié)，該文介紹基于數(shù)字電位器和DA的兩種數(shù)控調節(jié)輸出電壓方式，給出相關元器件參數(shù)計算方法與具體實例。

開關電源；數(shù)控調節(jié)；數(shù)字電位器；DA

前言

普通開關電源模塊通過人工調節(jié)可調電阻來調整輸出電壓，屬于模擬調節(jié)方式，不能應用于需要輸出電壓自適應調整場合。為了實現(xiàn)普通開關電源模塊的輸出電壓的自適應調整，實現(xiàn)輸出電壓的數(shù)控調節(jié)是關鍵。

基于上述需求，本文介紹開關電源模塊的輸出電壓的兩種數(shù)控方式——基于數(shù)字電位器方式和基于DA方式，并給出相關元器件參數(shù)計算方法，并給出具體實例。

1　輸出電壓的人工調節(jié)方式

典型開關電源模塊及其外圍電路如圖1所示。其中，模塊內含線性穩(wěn)壓單元，由其提供基準電壓。模塊內含電壓比較器，其反相端連接內部的基準電壓，正相端連接至外面。模塊外的電阻R1和R2接至輸出電壓和地間，把R1所獲電壓作為反饋電壓送回電壓比較器的正相端。工作時，電壓比較器比較基準電壓和反饋電壓的大小，輸出誤差電壓至脈寬調整單元，調整驅動信號占空比，實現(xiàn)輸出電壓調整，直至反饋電壓與基準電壓相等。

圖1：典型開關電源模塊及其外圍電路圖

正常工作時，有

由上式得

可見，將R2改為可調電阻，通過調整R2的值，調節(jié)R2與R1間的比例，即可實現(xiàn)輸出電壓的手工調節(jié)。

2　輸出電壓的數(shù)控調節(jié)方式

2.1 基于數(shù)字電位器的數(shù)控調節(jié)方式

參考輸出電壓的手工調節(jié)方式，用數(shù)字電位器代替可調電阻，通過MCU控制數(shù)字電位器來實現(xiàn)輸出電壓調節(jié)，是比較容易理解和接受的數(shù)控調節(jié)方式?；跀?shù)字電位器的數(shù)控調節(jié)方式如下圖2所示。

圖2：基于數(shù)字電位器的數(shù)控調節(jié)方式

N位的線性數(shù)字電位器，內由2N-1個阻值為R的電阻串聯(lián)，提供2N個分壓點給移動端選擇。MCU通過指令，控制數(shù)字電位器的移動端的接入點，實現(xiàn)阻值調節(jié)。

如圖2的連接方式，數(shù)字電位器的等效阻值為nR，n∈(0,1,2,…,2N-1)為移動端的接入點。正常工作時，有

為了方便計算，設R1=mR，易得

由上式易知，調整移動端的接入點n，即可調整輸出電壓。變換上式得

應用時，先設定輸出電壓，應用上式，計算出數(shù)字電位器的移動端接入點n，再由MCU送出相應控制信號，即可實現(xiàn)輸出電壓控制。

由式(3-1-1)易知，輸出電壓最小步進值為

當移動端接至數(shù)字電位器的頂端時（n=2N），由式(3-1-1)知，輸出電壓達最大值，有

具體電路設計時，先確定輸出電壓最大值，再由上式，計算出

實例1：要求基于開關電源模塊LM5117，采用數(shù)字電位器MAX5415進行輸出電壓調節(jié)，設計一個輸出電壓最大值為10V的開關電源。

設計過程如下：

查閱資料，獲知開關電源模塊LM5117的內部基準電壓refV=0.8V；獲知MAX5415為

8位、線性、最大阻值為100K的數(shù)字電位器，則其內部的最小電阻單元

由式(3-1-3)，得

計算電阻R1

若關注輸出電壓最小步進指標，可由式(3-1-2)得

2.2 基于DA的數(shù)控調節(jié)方式

通常，數(shù)字電位器僅為8位，將其應用于開關電源模塊的輸出電壓的數(shù)控調節(jié)，輸出電壓最小步進值比較大，若對輸出電壓最小步進值指標要求比較高，可以采用基于DA的數(shù)控調節(jié)方式，DA類型比較豐富，采用高位的DA，可以實現(xiàn)輸出電壓的精細化數(shù)控調節(jié)。

基于DA的數(shù)控調節(jié)方式如圖3所示。電路顯著特征是：電阻R2和R1接至開關電源輸出電壓V0和DA輸出電壓VC，反饋電壓Vf為V0和VC共同激勵的結果。

圖3：基于DA的數(shù)控調節(jié)方式

正常工作時，有

顯然，通過調節(jié)DA輸出電壓VC，可以調節(jié)輸出電壓V0，而當VC=0時，開關電源輸出電壓達到最大值，有：

反之，確定了開關電源輸出電壓最大值要求后，由上式可確定

應用時，設定輸出電壓后，由式(3-1-3)，可計算DA輸出電壓為

再由DA輸出電壓 ，換算出DA輸入所需要的數(shù)字量。

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Numerical Control Design of the Output Voltage of the Switching Power Supply

GAO Min
(Jiangsu Vocational College of Business, Nantong, Jiangsu 226011)

Common switching power supply module uses the manual adjustment of output voltage, which can't realize the adaptive adjustment of output voltage. The key to realize the adaptive adjustment of output voltage is the realization of digital control of output voltage. This paper introduces two kinds of numerical control output voltage modes based on the digital potentiometer and DA; the calculation method of relevant components parameters is given, and some specific examples are also provided.

switching power supply; numerical control adjustment; digital potentiometer; DA

TM5

A

1674-3083（2016）05-0024-03

2016-09-27

高敏（1980—），女，碩士，講師，主要研究方向：應用電子技術研究及教學。