Для подключения ШИМ к импульсным регуляторам достаточно трех дискретных компонентов

Удивительно, как много микросхем импульсных регуляторов используют одну и ту же базовую цепь из двух резисторов для программирования выходного напряжения. Рисунок 1 иллюстрирует эту функцию в типичном регуляторе (понижающего типа). Смотрите на R₁ и R₂, где:

Количественно напряжение V_SENSE узла обратной связи V_SENSE варьируется от типа к типу, и рекомендуемые значения сопротивления R₁ также могут различаться, но топология не меняется. Большинство регуляторов точно соответствуют Рисунку 1. Такое единообразие де-факто полезно, если приложению требуется цифровое управление напряжением V_OUT с помощью ШИМ.

Рисунок 1.	Типичная выходная базовая цепь регулятора из двух резисторов для программирования выходного напряжения.

На Рисунке 2 показано упрощенное трехкомпонентное решение, которое становится возможным, когда

при изменении D от 0 до 1. (Здесь D – коэффициент заполнения импульсов ШИМ).

Все, что требуется для добавления ШИМ-управления к Рисунку 1, – это разделить резистор R₂ на две равные половины, подключить фильтрующий конденсатор C_F к середине пары и добавить ШИМ-коммутатор Q₁ последовательно с его концом, идущим к земле.

Емкость C_F, необходимая для ослабления пульсаций ШИМ до уровня 1 LSB (младший значащий бит) равна 2^(N-2)T_PWM/R₂, где N – количество битов ШИМ, а T_PWM – период ШИМ. Поскольку конденсатор C_F никогда не увидит больше, чем, возможно, один вольт, его номинальное напряжение не имеет значения.

Интересной особенностью этой простой топологии является то, что, в отличие от многих других схем цифрового управления источником питания, для точности стабилизации имеет значение только внутреннее опорное напряжение регулятора. Таким образом, точность не зависит от внешних источников напряжения, например, логических шин. Это очень хорошо, поскольку, например, температурный коэффициент опорного напряжения регулятора TPS54332 составляет всего 15 ppm/°C.

Рисунок 2.	Простая схема для программирования регулятора с помощью ШИМ, где при изменении коэффициента заполнения (D) от 0 до 1 напряжение VOUT изменяется от 0.8 В до 10 В.

На Рисунке 3 показан график зависимости V_OUT от коэффициента заполнения ШИМ для схемы на Рисунке 2, где ось X – D, ось Y – V_OUT, и

Рисунок 3.	График зависимости VOUT от коэффициента заполнения ШИМ D для схемы на Рисунке 2.

На Рисунке 4 показан график обратной функции D от V_OUT, где

Нелинейность зависимости D от V_OUT влечет за собой некоторое усложнение программного обеспечения (два вычитания и три деления), необходимого для выполнения преобразования. Но поскольку это позволяет существенно упростить схему, это кажется разумной (возможно, нулевой) ценой. Или, если доступна необходимая память, еще одной (простой!) возможностью является таблица соответствия.

Рисунок 4.	Зависимость D от VOUT; нелинейность требует некоторого усложнения программного обеспечения для выполнения преобразования.

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments TPS54332
2. Datasheet Microchip TN0104