適用于 USB Type-C? 應(yīng)用的 PWM 控制輸出調(diào)整

消費(fèi)類應(yīng)用通常需要電源來支持不同工作條件下的可調(diào)輸出電壓，例如 USB Type-C?。這種需求導(dǎo)致需要一種簡(jiǎn)單有效的方法來調(diào)整輸出電壓。有多種方法可以與集成電路 (IC) 上的反饋 (FB) 引腳交互以設(shè)置所需的輸出。

一種方法是在 FB 引腳上添加一個(gè)微調(diào)電阻器，并在 FB 引腳的電阻分壓器上施加電壓以提供或吸收額外的電流。

另一種方法是使用 I 2 C 總線對(duì)信號(hào)進(jìn)行編程以與 FB 引腳交互。但是如果可變電壓源或 I 2C總線不可用？在這篇文章中，我將展示如何使用簡(jiǎn)單的電阻電容 (RC) 低通濾波器、微調(diào)電阻和來自微控制器單元 (MCU) 的脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)來調(diào)整輸出電壓。

圖 1 顯示了這種方法的電路圖。

圖 1：PWM 注入電路

RC 低通濾波器將根據(jù)占空比平均 PWM 信號(hào)。圖 2 中電路的戴維南等效電路和濾波電容器將產(chǎn)生時(shí)間常數(shù)，該常數(shù)決定了注入 FB 引腳的信號(hào)的壓擺率。公式 1 顯示了計(jì)算：

圖 2：戴維南等效電路

由于添加的 RC 濾波器在整個(gè)控制回路中引入了一個(gè)極點(diǎn)和零對(duì)，因此我們在選擇 RC 濾波器時(shí)需要小心。再看圖 1，在低頻下，當(dāng) C低通打開時(shí)，R注入和 R低通之和與 R fbb平行。當(dāng)C的低通以高頻短路，只有?注入是在有R平行FBB。因此，選擇 R低通遠(yuǎn)小于 R注入將確保極點(diǎn)和零對(duì)彼此靠近，并將對(duì)控制器控制回路的影響降至最低。

戴維南定理指出，等效二端網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)勢(shì)E等于二端網(wǎng)絡(luò)開路時(shí)的電壓，它的串聯(lián)內(nèi)阻抗等于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各獨(dú)立源和電容電壓、電感電流都為零時(shí)，從這二端看向網(wǎng)絡(luò)的阻抗Zi。設(shè)二端網(wǎng)絡(luò)N中含有獨(dú)立電源和線性時(shí)不變二端元件（電阻器、電感器、電容器），這些元件之間可以有耦合，即可以有受控源及互感耦合；網(wǎng)絡(luò)N的兩端ɑ、b接有負(fù)載阻抗Z（s），但負(fù)載與網(wǎng)絡(luò)N內(nèi)部諸元件之間沒有耦合，U（s）=I（s）/Z（s）。

公式 2、3 和 4 分別計(jì)算了如何最好地選擇注入、頂部和底部 FB 電阻器：

公式 3 對(duì)應(yīng)于最小輸出電壓，公式 4 對(duì)應(yīng)于最大輸出電壓。

例如，如果可用的 3.3V PWM 信號(hào)的占空比從 6% 變化到 94%，我們將選擇 49.9kΩ 頂部 FB 電阻器和 1kΩ R低通以實(shí)現(xiàn) 1V 至 10V 輸出，并且我們的控制器的 FB 電壓將為 0.8V。公式 5 和 6 顯示了 R fbb和 R inject的計(jì)算：

將公式 5 和 6 設(shè)置為相等，當(dāng)分別為 R注入和 R fbb選擇標(biāo)準(zhǔn)值 15.4kΩ 和 5.36kΩ 時(shí)，R adj產(chǎn)生 16.47kΩ 和 R fbb產(chǎn)生 5.41kΩ 。

如果大量紋波注入 FB 引腳，控制器的占空比將受到干擾；因此，在選擇低通濾波器的電容時(shí)需要小心。

作為一個(gè)好的設(shè)計(jì)實(shí)踐，在 FB 引腳電壓上保持低于 1% 的紋波——少得多。例如，開關(guān)頻率 (F sw ) 為 200kHz，使用 1MHz 的 PWM，RC 時(shí)間常數(shù)為 1ms。這將最大限度地減少出現(xiàn)在輸出電壓上的任何拍頻分量。R低通和C低通將主導(dǎo)時(shí)間常數(shù)，因?yàn)?/span>FB 分壓器側(cè)的電阻具有比R低通高得多的阻抗。