如何在DC-DC转换器中增加裕量调节功能

摘要：本应用笔记介绍了一种简便的通过连接DS4404 4通道可调节电流型DAC (或2通道版本DS4402)在DC-DC转换器中增加裕量调节功能的方法。

本应用笔记介绍了通过连接4通道可调节电流型DAC DS4404 (或DS4404的2通道版本DS4402)，在DC-DC转换器中增加裕量调节的方案。

从图1所示电路可以看出在现有设计中增加一个DS4404非常简单。DS4404加在DC-DC转换器的反馈结点(见虚线)，用于调节DC-DC转换器的VOUT。上电时，DS4404输出电流为0A (表现为高阻态)，在通过I²C接口写入数据之前，DS4404处于透明状态。


图1. DS4404在DC-DC转换器反馈电路中的连接

实例中进行以下假设(与DS4404无关)：

VIN = 3V至5.5V
VOUT = 1.8V (所要求的标称输出电压)
VFB = 0.6V (不要与DS4404的VREF混淆)

VFB值可在DC-DC转换器的数据资料中得到，确认该电压在DS4404数据资料规定的OUTx电压范围内(VOUT:SINK和VOUT:SOURCE)。最后，还要核实DC-DC转换器的FB引脚的输入阻抗，这一点也很重要，本例假设引脚输入为高阻。

假定利用DS4404为VOUT增加±20%的裕量调节，由此可得：

VOUTMAX = 2.16V
VOUTNOM = 1.8V
VOUTMIN = 1.44V

首先确定RTOP和RBOTTOM间的关系式，当IDS4404 = 0A时，得到输出电压VOUT的标称值VOUTNOM。



对上式求解得出RTOP：



对于本例可得：



把VOUT增大到VOUTMAX所需要的电流IDS4404可通过FB节点电流之和得出。



通过求解式1得出RBOTTOM，替代后可将上式简化为：



或由调节裕量的百分比表示：



对于本例中的±20%裕量，上式中的margin = 0.2。

当然，在利用上述关系式计算RTOP和RBOTTOM之前，必须首先选择满量程电流IFS。

根据DS4404数据资料，满量程电流介于0.5mA和2.0mA之间(DS4404数据资料中定义为IOUT:SINK和IOUT:SOURCE，具体取决于吸电流或源出电流)时可确保精度和线性指标。不幸的是，没有可利用的等式来计算理想的满量程电流，不同应用将得到不同结果。影响满量程电流选择的因素有：调整级数、步长以及RTOP、RBOTTOM。同样，当用一个特定的寄存器设置相应的裕量百分比要求时，可能还有其它因素。任何情况下，选择理想的满量程电流都需要反复测试确定，进而计算出RTOP、RBOTTOM、RFS和步长。一旦确定了满量程电流，可以对其进行调整或调整某些寄存器值，从而允许使用通用的电阻值。

回到最初的例子，计算RTOP使IFS = IDS4404，从VOUTNOM到VOUTMAX提供了31级步长，从VOUTNOM到VOUTMIN同样给出了31级步长，足以满足本例要求。

另外，我们也可以任意选择一个IFS作为规定范围的中心点(1.25mA)，然后进行计算。作为示范，我们将对范围的端点进行计算。

对于：IFS = IDS4404 = 0.5mA。

利用式3得出RTOP：



利用DS4404数据资料中的公式及VREF值，可以计算出RFS，具体请参考DS4404数据资料。



最后，完全确定DS4404的输出电流，为寄存器设置的函数：



注意：这里的寄存器设置不包括符号位，符号位通常用来选择吸电流或源出电流。当符号位 = 0时，DS4404输出为吸电流，使VOUT增大到VOUTMAX；当符号位 = 1时，DS4404输出为源电流，使VOUT降低到VOUTMIN。

同样，当IFS = IDS4404 = 2.0mA时：



比较RTOP和RBOTTOM两种情况，可以看出：IFS = 0.5mA时阻抗更高，更具优势。