使用数字电位器来产生可调电压输出

本文介绍一款利用按钮式数字电位器简单高效地控制高达 20 V 电压的完整解决方案。这款完整的解决方案提供一种可调电源，可用于需要可调电压输出的各种应用。图 1 显示具有可变输出功率的相应开关稳压器，使用 AD5116 数字电位器和具有集成式推挽输出级的 ADCMP371 比较器。通过添加开关，而不是按钮，可以使用微控制器来调节电压。

　　AD5116 具有 64 个可用的游标位置，端到端电阻容差为±8%。此外，AD5116 包含一个 EEPROM 来存储游标位置，可通过按钮手动设置。对于需要固定标准上电电压的应用，这个功能非常有用。

　　该电路由电压 VIN 供电，    可达 20 V。AD5116 和 ADCMP371 的电源电压 VDD 也可由 VIN 生成，例如，通过 ADP121 等稳压器。

　　图 1. 带可变输出、通过按钮控制的高压开关稳压器。

　　电路工作原理

　　输出电压 VOUT 通过反馈网络的开关频率控制。通过分压器反馈到比较器，然后与数字电位器设置的基准电压进行比较。如果从 VOUT 获取的电压高于基准电压，比较器输出切换到低电平，以阻隔 NMOS 晶体管 T1 和 PMOS 晶体管 T2，从而降低 VOUT。如果从 VOUT 获取的电压低于基准电压，比较器输出切换到高电平，两个晶体管切换到导通状态（饱和），从而增加 VOUT。通过这种基于比较的功能，晶体管在开启 / 关断模式下以短脉冲工作，使各晶体管保持低损耗。除电位器的输出电压外，开关频率还受 VOUT 的负载影响。

　　随着数模转换器(DAC)输出电压增高，T2 关断的时间变长，比较器输出相应增高。比较器输出提供一系列更高频率、速度更快的正电源输出脉冲。如果 DAC 输出电压降低，则情况相反。

　　经过滤波的 VOUT 通过公式 1 确定。

　　VW 为电位器抽头 W 处的 DAC 输出电压。

　　AD5116 的 A 抽头和 B 抽头之间的电阻标称值为 5 kΩ，划分为 64 级阶跃。在量程的较低端，典型游标电阻 RW 降至 45 Ω到 70 Ω之间。相对于 GND 的 VW 输出电压为：

　　其中 RWB 为：

　　RWB 是抽头 W 和较低端的 GND 之间的电阻值。

　　RAB 为电位器的总电阻。

　　VA 为分压器串顶端的电压；在本例中，它等于 VDD。

　　D 为 AD5116 的 RDAC 寄存器中二进制代码的十进制等效值。

　　AD5116 的 RDAC 寄存器通过按钮 PD 和 PU 进行控制。默认的上电位置（例如 VOUT = 0 V）可以通过 ASE 引脚存储在电位器的 EEPROM 中。

　　滤波器输出：减少纹波

　　为了获得平稳的输出电压 VOUT 并减少开关 T1 和 T2 导致的纹波，需要使用额外的滤波器电路（参见图 2）。在设计此滤波器时，需考虑 AD5116 的    和    开关频率，以及其工作电压范围。

　　对于图 2 所示的电路，开关频率范围约为 1.8 Hz 至 500 Hz。因为这个值相当低，所以在确定滤波器的截止频率时，通常需要使用更大的 R、L 和 C 值。但是，滤波器的串联电阻和输出负载构成了一个分压器，会降低输出电压。所以，在选择 R 值时，应选择相对较低的值。

　　图 2. 用于使输出电压平稳的滤波器电路。

　　AD5116

　　标称电阻容差误差：±8%（    值）

　　游标电流：±6 mA

　　可变电阻器模式下的温度系数：35 ppm/°C

　　低功耗：2.5 μA（    值，2.7 V，125°C）

　　宽带宽：4 MHz（5 kΩ选项）

　　上电 EEPROM 刷新时间：< 50 μs

　　125°C 时典型数据保留期：50 年

　　100 万写周期

　　2.3 V 至 5.5 V 电源供电

　　内置自适应去抖器

　　宽工作温度范围：-40℃至+125℃

　　2 mm × 2 mm × 0.55 mm、8 引脚超薄 LFCSP 封装