如何為 DCDC 轉(zhuǎn)換器添加遲滯

1. 前言

近年來(lái),隨著便攜式電子產(chǎn)品的迅速增長(zhǎng),與之配套的電源管理系統(tǒng)也具有越來(lái)越廣泛的市場(chǎng)。而DC-DC轉(zhuǎn)換器具有許多優(yōu)點(diǎn)諸如效率高、重量和體積都很小,因此廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng),它是許多電路能否正常工作的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

我們正在設(shè)計(jì)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中是否不包含使能遲滯？還是內(nèi)置使能滯后太小？

現(xiàn)代 DC/DC 轉(zhuǎn)換器使用使能引腳來(lái)控制電源打開(kāi)和關(guān)閉的設(shè)計(jì)條件。但是，可以為 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的使能信號(hào)添加可調(diào)遲滯。我們可以使用 Excel 電子表格計(jì)算、德州儀器 (TI) TINA-TI? 軟件模擬和評(píng)估模塊 (EVM) 測(cè)試來(lái)復(fù)制此技術(shù)。

在比較器周?chē)砑舆t滯電阻器（添加反饋）是標(biāo)準(zhǔn)的電氣工程實(shí)踐。遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。單限比較器，如果輸入信號(hào)Uin在門(mén)限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)（起伏）。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點(diǎn)。

我們可以通過(guò)添加一個(gè)將啟用信號(hào)連接到輸出電壓的電阻器來(lái)將相同的想法應(yīng)用于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。通過(guò)將輸出電壓添加到啟用信號(hào)，一旦轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸出，啟用信號(hào)將被拉得更高。圖 1 顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的示意圖。

圖 1：簡(jiǎn)化的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器原理圖

我們可以使用公式 1 到 4 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算正確的電阻值：

其中 R T是使能電阻網(wǎng)絡(luò)中的頂部反饋電阻器，R B是使能電阻器網(wǎng)絡(luò)中的底部反饋電阻器，V ON是所需的導(dǎo)通輸入電壓，V OFF是所需的關(guān)斷輸入電壓，R HYS是遲滯電阻，I DRAW是使能電阻網(wǎng)絡(luò)汲取的電流，V EN是使能閾值電壓（數(shù)據(jù)表規(guī)范）。

2.例子

在本例中，一旦輸入電壓達(dá)到 10V，轉(zhuǎn)換器將被啟用。一旦開(kāi)啟，輸入電壓將在轉(zhuǎn)換器禁用之前降至 7.5V。這意味著在使能信號(hào)中設(shè)計(jì) 2.5V 的系統(tǒng)滯后。具體設(shè)計(jì)參數(shù)為：

· V IN典型值 = 12V。

· V ON = 10V。

· V OFF = 7.5V。

· V OUT = 5V。

· V EN = 1.2V（無(wú)內(nèi)部遲滯）。

現(xiàn)在讓我們看看這個(gè)額外滯后的計(jì)算、模擬和測(cè)試數(shù)據(jù)。

步驟 1：使用設(shè)計(jì)計(jì)算器確定電阻值

在 Excel中設(shè)計(jì)計(jì)算器可以計(jì)算對(duì)應(yīng)于我們想要的設(shè)計(jì)參數(shù)的電阻值。在黃色框（表 1）中，輸入首選開(kāi)啟電壓、增加的滯后量、V EN閾值、所需的總電流消耗和輸出電壓。使用使能電阻網(wǎng)絡(luò)電流消耗條目選擇我們將為使能網(wǎng)絡(luò)預(yù)算多少電流。通過(guò)選擇較小的值，電阻器幅值將增加。以微安為單位輸入此值。

表 1：使用 Excel 設(shè)計(jì)計(jì)算器的示例

Excel 計(jì)算器可以快速為所需的 V ON和 V OFF推薦合適的元件值。表 1 還顯示了計(jì)算出的 R T、R B和 R HYS值以滿足輸入標(biāo)準(zhǔn)。

步驟 2：使用 TINA-TI 軟件模擬值

我們可以使用TINA-TI仿真來(lái)仿真具有計(jì)算出的電阻值的導(dǎo)通和關(guān)斷性能。調(diào)整 R T、R B、R HYS、V EN和 V OUT幅度以匹配我們的設(shè)計(jì)計(jì)算。圖 2 顯示了可以調(diào)整以測(cè)試不同值的 TINA-TI 仿真原理圖。

圖 2：TINA-TI 仿真原理圖

單擊分析，然后單擊瞬態(tài)分析以運(yùn)行模擬。從 750ms 到 1.75s 運(yùn)行將顯示一個(gè)完整的開(kāi)啟、關(guān)閉周期。圖 3 顯示了仿真結(jié)果。

圖 3：TINA-TI 仿真瞬態(tài)結(jié)果

第 3 步：在 EVM 上進(jìn)行驗(yàn)證

將遲滯電阻連接到 TI EVM 將允許我們在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)試。在此示例中，我使用帶有小電阻負(fù)載和信號(hào)發(fā)生器的 TI LM73605 EVM 來(lái)提供輸入斜坡波形。圖 4 展示了滯后示例的物理實(shí)現(xiàn)，并在示波器上測(cè)量了結(jié)果。

圖 4：EVM 測(cè)試結(jié)果

3.結(jié)論

Excel 計(jì)算器允許快速設(shè)計(jì)滯后網(wǎng)絡(luò)。仿真文件證明了數(shù)學(xué)有效性，顯示了與計(jì)算器相同的開(kāi)啟和關(guān)閉閾值。最后，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證明，在應(yīng)用層面，開(kāi)啟和關(guān)閉閾值非常接近理想值，與計(jì)算器相對(duì)應(yīng)。Excel 計(jì)算器、仿真工具和 EVM 測(cè)試提供了一種快速準(zhǔn)確的方法來(lái)為我們的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器添加遲滯。