最近，超大規模集成 (VLSI) 技術的發展擴寬了數字控製應用範圍，尤其是在電源電子元件方麵的應用。數字控製IC具有多種優勢，比如裸片尺寸更小
、無源元件數量更少、成本更低。另外，數字控製可利用電源管理總線 (PMBus™) 來完成係統配置；高級控製算法能改善性能；可編程性則可實現應用優化。隨著數字電源管理的進一步普及並代替大量模擬控製器，它必須保持現有功能的向後兼容性

，從而使數字電源模塊和模擬電源模塊均可在同一個係統中工作。

 

模mo擬ni電dian源yuan模mo塊kuai中zhong一yi般ban使shi用yong輸shu出chu電dian壓ya調tiao整zheng，這zhe樣yang最zui終zhong用yong戶hu可ke以yi通tong過guo外wai部bu電dian阻zu更geng改gai電dian源yuan模mo塊kuai的de輸shu出chu電dian壓ya。它ta具ju有you增zeng強qiang的de靈ling活huo性xing，允yun許xu將jiang某mou些xie經jing過guo選xuan擇ze的de標biao準zhun模mo塊kuai用yong到dao幾ji乎hu所suo有you應ying用yong中zhong，而er無wu論lun電dian壓ya要yao求qiu如ru何he。圖tu1顯示AGF600-48S30模擬電源模塊中調整輸出電壓的典型配置。

 

輸出電壓可通過改變連接電源模塊正輸出端或接地端的電阻來進行調節。通過連接外部電阻RUP並使RDOWN浮空，可以向上調整輸出電壓（高於標稱輸出電壓），或者通過連接外部電阻RDOWN並使RUP短路（電阻值為零）向下調整（低於標稱輸出電壓）。

 

圖1. 調整AGF600-48S30 DC-DC轉換器的輸出電壓

在模擬解決方案中，RUP和RDOWN可(ke)改(gai)變(bian)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)的(de)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)。誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)利(li)用(yong)電(dian)阻(zu)分(fen)壓(ya)器(qi)感(gan)測(ce)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，分(fen)壓(ya)器(qi)通(tong)過(guo)負(fu)反(fan)饋(kui)連(lian)接(jie)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)的(de)反(fan)相(xiang)輸(shu)入(ru)端(duan)。誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)，進(jin)而(er)設(she)置(zhi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。因(yin)此(ci)，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)隨(sui)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)的(de)變(bian)化(hua)而(er)改(gai)變(bian)
，而(er)RUP或RDOWN可以改變基準電壓，進而向上或向下調整輸出電壓。

 

圖2顯示兩種廣泛用於模擬電源模塊中的調壓方式。圖2 (a)中的模擬控製器引腳允許外部電阻RDOWN降低誤差放大器同相輸入端的電壓，從而降低輸出電壓。外部電阻RUP與電阻分壓器串聯連接，可降低施加在誤差放大器反相輸入端的電壓
，從而增加輸出電壓。圖2 (b) 中(zhong)的(de)模(mo)擬(ni)控(kong)製(zhi)器(qi)不(bu)提(ti)供(gong)針(zhen)對(dui)內(nei)部(bu)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)的(de)訪(fang)問(wen)，但(dan)可(ke)以(yi)加(jia)入(ru)一(yi)個(ge)外(wai)部(bu)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)和(he)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)源(yuan)，以(yi)便(bian)對(dui)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)。外(wai)部(bu)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)與(yu)內(nei)部(bu)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)相(xiang)連(lian)，有(you)效(xiao)地(di)旁(pang)路(lu)了(le)內(nei)部(bu)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)。然(ran)後(hou)，基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)可(ke)采(cai)用(yong)之(zhi)前(qian)的(de)相(xiang)同(tong)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)配(pei)置(zhi)
，從(cong)而(er)以(yi)同(tong)樣(yang)的(de)方(fang)式(shi)對(dui)兩(liang)個(ge)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)。

 

圖2. 利用 (a) 帶有可配置內部基準電壓的模擬控製器，或者(b) 帶有固定內部基準電壓的模擬控製器調整模擬電源模塊的輸出電壓
 

對於數字控製器來說，所有的控製功能均由數字邏輯實現。圖3所示為集成PMBus接口的高級數字控製器ADP1051的功能框圖。該器件非常適合高密度DC-DC電源轉換，具有6個可編程脈衝寬度調製 (PWM) 輸出，可控製大部分高效電源拓撲。另外，該器件還能控製同步整流 (SR)，並集成6個模數轉換器 (ADC)，能夠采樣模擬輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、溫(wen)度(du)以(yi)及(ji)其(qi)它(ta)參(can)數(shu)。轉(zhuan)換(huan)為(wei)數(shu)據(ju)後(hou)，將(jiang)這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)發(fa)送(song)至(zhi)數(shu)字(zi)內(nei)核(he)模(mo)塊(kuai)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)。該(gai)器(qi)件(jian)采(cai)用(yong)靈(ling)活(huo)的(de)狀(zhuang)態(tai)機(ji)架(jia)構(gou)，以(yi)硬(ying)件(jian)實(shi)現(xian)全(quan)部(bu)功(gong)能(neng)，提(ti)供(gong)穩(wen)定(ding)可(ke)靠(kao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，但(dan)無(wu)法(fa)通(tong)過(guo)編(bian)程(cheng)實(shi)現(xian)設(she)計(ji)以(yi)外(wai)的(de)功(gong)能(neng)。器(qi)件(jian)的(de)全(quan)部(bu)功(gong)能(neng)—包括輸出電壓調整—均以數字方式處理。為了調整輸出電壓，應通過PMBus接口發送一條命令，改變數字基準電壓值。

 

圖3. 數字控製器ADP1051功能框圖
 

考慮整個控製環路，輸出電壓通過電壓分壓器或者運算放大器縮放到合適的值，然後輸入給VS+引腳。VS+引腳。ADC對該電壓進行采樣。數字內核知道數字化的輸出電壓值和通過PMBus接口設置的數字基準電壓。數字比較器和補償濾波器將數字基準電壓與檢測到的比例輸出電壓進行比較，產生誤差信號以控製PWM，處理方式與模擬控製器相同。不幸的是，數字比較器隻能通過PMBus使用數字基準電壓。數字比較器、數(shu)字(zi)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)以(yi)及(ji)數(shu)字(zi)補(bu)償(chang)濾(lv)波(bo)器(qi)均(jun)隻(zhi)采(cai)用(yong)邏(luo)輯(ji)電(dian)平(ping)信(xin)號(hao)工(gong)作(zuo)，因(yin)此(ci)無(wu)法(fa)使(shi)用(yong)外(wai)部(bu)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)並(bing)旁(pang)路(lu)內(nei)部(bu)比(bi)較(jiao)器(qi)和(he)濾(lv)波(bo)器(qi)。受(shou)限(xian)於(yu)這(zhe)種(zhong)固(gu)定(ding)的(de)硬(ying)件(jian)配(pei)置(zhi)，向(xiang)後(hou)兼(jian)容(rong)現(xian)有(you)模(mo)擬(ni)調(tiao)整(zheng)功(gong)能(neng)的(de)唯(wei)一(yi)途(tu)徑(jing)是(shi)調(tiao)節(jie)VS+引腳上的ADC檢測電壓。一種方法是重新配置反饋網絡。

 

圖4中
，RD1和RD2構成標準反饋網絡—一個簡單的電阻分壓器
，可在ADC檢測輸出電壓之前對其進行調節。檢測電壓為：

 

 

其中，VO是電源模塊的實際輸出電壓。采用標準反饋網絡，則輸出電壓無法以模擬方式調整。如圖4所示，通過加入RUP、RT0和VTRIM的方式重新配置反饋網絡可對比例輸出電壓進行調節。於是，檢測電壓為：

 

VS+引腳上的正常工作電壓為1 V。若VTRIM為1 V左右且RT0遠大於RD2
，則可忽略電路的其餘分支部分。複合網絡用作簡單分壓器
，並調節RUP電阻值，提供類似於模擬控製器的特性，實現了模擬電源模塊中的電壓向上調整。

 

圖4. ADP1051可調整反饋網絡
 

然而，提供向下調整能力則要更為複雜。數字控製器不知道係統應當輸出的確切電壓值

，因此它會嚐試最大程度降低VVS+和內部數字基準電壓之間的誤差。VVS+將始終隨內部數字基準電壓的變化而改變，其典型值設為1 V。等式2顯示VO與VTRIM呈線性關係。由圖2kezhi
，xiangxiatiaozhengshuchudianyadejizhishichanshengyigebiaoshisuoxushuchudianyayubiaochengshuchudianyazhichadewuchadianya。neibudejizhundianyajiangxianhuijianquzhegewuchadianya，ranhoucaihuijiadaowuchafangdaqidetongxiangduan。ruozaiwuchafangdaqidefanxiangshuruduanjiaruxiangtongdedianyacha，zelianggedianludoujiangjuyouxiangtongdeshuchujieguo。yinci
，VTRIM應當與所需的輸出電壓和標稱電壓之差成比例，而非采用固定值。

 

圖5中(zhong)的(de)電(dian)路(lu)具(ju)有(you)兼(jian)容(rong)模(mo)擬(ni)向(xiang)上(shang)或(huo)者(zhe)向(xiang)下(xia)調(tiao)壓(ya)的(de)功(gong)能(neng)。兩(liang)個(ge)電(dian)阻(zu)分(fen)壓(ya)器(qi)產(chan)生(sheng)兩(liang)個(ge)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)，其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)表(biao)示(shi)模(mo)擬(ni)控(kong)製(zhi)器(qi)所(suo)需(xu)的(de)輸(shu)出(chu)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)
，另(ling)一(yi)個(ge)表(biao)示(shi)內(nei)部(bu)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)。利(li)用(yong)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)跟(gen)隨(sui)器(qi)來(lai)避(bi)免(mian)所(suo)需(xu)的(de)輸(shu)出(chu)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)與(yu)後(hou)續(xu)電(dian)路(lu)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)。利(li)用(yong)AD822 FET輸入運算放大器，將所需的輸出基準電壓 (V1) 從模擬控製器的內部基準電壓 (V2) 中去除，得到所需的電壓差。此電路的線性放大增益確保了VTRIM足夠大
，從而能對VVS+產生影響。

 

圖5. 重新配置反饋網絡
，方便進行模擬輸出調整
 

圖6. 使用重新配置的反饋網絡後
，調整ADP1051輸出電壓的計算結果：(a) 向下調整 (b) 向上調整
 

目標輸出電壓調整特性的定義參見AGF600-48S30數據手冊。

 

表1顯示了一組應用於新配置反饋網絡中的參數，采用此組參數

，可以使其兼容模擬電源模塊電壓調整特性。

 

表1. 圖5所示電路的電阻值

 

采用等式2和表1中的數值，便可計算輸出電壓調整特性。圖6顯示結果曲線。目標值和計算值之間的誤差由重新配置的反饋網絡產生。該誤差極小（標稱輸出電壓為30 V時，該誤差值不足0.1 V），這(zhe)表(biao)示(shi)該(gai)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)出(chu)結(jie)果(guo)良(liang)好(hao)。通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)可(ke)以(yi)驗(yan)證(zheng)這(zhe)種(zhong)重(zhong)新(xin)配(pei)置(zhi)反(fan)饋(kui)網(wang)絡(luo)以(yi)調(tiao)整(zheng)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)方(fang)法(fa)，並(bing)為(wei)其(qi)它(ta)使(shi)用(yong)數(shu)字(zi)基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)的(de)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)器(qi)——比如ADM1041A、ADP1046A、ADP1050和ADP1053等——向後兼容模擬控製器提供思路，增強了數字電源解決方案的靈活性。

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