设计目标

设计说明

电源裕度电路用于调节电源转换器的输出。这样做可以调整电源输出的失调电压和温漂，或者对所需的输出端值进行编程。LDO 和直流/直流转换器等可调节电源可提供反馈或调节输入，用于设置所需的输出。精密电压输出 DAC 旨在以线性方式控制电源输出。下图显示了一个示例电源裕度调节电路。电源裕度调节的典型应用是测试和测量、通信设备 和通用电源模块。

设计说明

1. 选择具有所需分辨率、下拉电阻器值和输出范围的 DAC
2. 推导出 DAC 输出与 V_OUT 之间的关系
3. 根据流经反馈电路的典型电流选择 R₁
4. 考虑 DAC 的断电和加电条件，计算 V_DAC 的启动或标称值
5. 选择 R₂ 和 R₃，以满足所需的启动输出电压，并使 DAC 输出电压范围符合所需的调谐范围
6. 计算裕度低和裕度高 DAC 输出
7. 选择补偿电容器，以实现所需的阶跃响应

设计步骤

1. 选择开关直流/直流转换器 TPS5450 进行计算。DAC53608 器件是一款针对此类应用设计且具有超低成本的 10 位、8 通道、单极输出 DAC
2. 电源的输出电压计算公式为
   

   其中

   • I₁ 是流经 R₁ 的电流
   • I₂ 是流经 R₂ 的电流
   • I₃ 是流经 R₃ 的电流

   该应用中的 DAC 通常包括断电模式，此时电压输出端具有一个内部下拉电阻器。因此，替换前一个公式中的电流值会得到：

   • 当 DAC 处于断电模式时：
     
   • 当 DAC 输出加电时：
     

   对于 DAC53608，R_PULLDOWN 为 10kΩ。对于 LDO 器件 TPS5450，V_REF 的值为 1.221V。

3. 可以通过以下方法来计算 R₁：
   流经 TPS5450 器件的 FB 引脚的电流可以忽略不计。将 I₁ 选择为 50µA。因此，R₁ 的计算公式如下：
   

   可以通过以下公式计算 I₁ 的标称值：

   • 当 DAC 处于断电模式时：
     
   • 当 DAC 输出加电时：
     

   可以通过以下公式来计算裕度高和裕度低输出下的 I₁ 值：

   
   
   
4. 可以使用以下方法计算 V_DAC 的标称或启动值：

   为了确保在 DAC 从断电转换为加电时 10kΩ 电阻器不产生影响，可以使用以下公式计算 DAC 电压的加电值：

   

   前一个公式可以进一步简化为：

   
5. 可以使用以下方法计算 R₂ 和 R₃ 的值：

   如果 V_DAC 的加电或标称值保持在 V_REF 的 1/3（即 407mV），则 R3 为 2 × 10kΩ = 20kΩ。此外，可以使用以下公式计算 R₂：

   

   替换 R₃ 值，可以计算出 R₂ = 131.3kΩ。

6. 减去 I₁ 的裕度高和标称值，相应的公式可以得出：
   

   V_DAC 的裕度高值为 275mV，类似地，可以使用以下公式计算出裕度低值为 539mV：

   
7. 该不包含补偿电容器的电路的阶跃响应会使电感器电流达到其限值，如下图所示。这种浪涌可以使电感器达到饱和状态。为了更大程度地减小该浪涌，使用了补偿电容器 C₁，如电路图所示。通常可以通过仿真来获取该电容的值。比较输出显示了采用 10nF 补偿电容器时的波形。

DAC 处于断电模式时的输出

无补偿时的小信号阶跃响应

C₁ = 10nF 时的小信号阶跃响应

设计采用的器件和备选器件

主要文件链接

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