数字与传统电位器在直流变换器中的作用

电位器在电路中的主要作用，就是对数控电阻大小进行调节，电位器数控接口的位置常分为三大类，三线接口方式、SPI接口方式、I2C接口方式。这些接口方式通常用于校准系统的精度以及控制系统参数的大小。

在本文当中，将对DC-DC变换器中数字电位器的变换应用进行分析，讲解二种类型DC-DC变换器中数字电位器的应用，从几个方面来帮助设计者充分理解。

脉宽调制模式

图1 脉宽调制模式

电源的开关调节首先应用在军用电源的设计中。它的优势在于重量轻和效率高，可以控制均衡电量的加载，就是控制均衡电压的供给，通过高速动作的开关量的开和关来实现。如图1所示，加载到电阻器上的平均电压Vo（avg）=（ton/T）×Vi，这种控制方法就称为脉宽调制模式。

降压型DC-DC变换器

图2 降压型DC-DC变换器电路

图2所示为降压型DC-DC变换器的典型电路，当控制器IC感应到输出电压Vo太低时，启动通道上的晶体管Q给电感器L充电，同时也对电容器C充电，当输出电压V0上升到一个预定值时，控制器关闭通道上的晶体管Q，电感器L和电容器C上获取的能量通过肖特基二极管构成的回路自由释放，从电感器L到电容器C进行有效的能量传输会消耗一部分能量，因此加载在负载上的电压有所下降。

图3 可调降压输出的典型应用电路

以TI公司的TPS62000型电路为例，如图3所示，它是低噪声同步降压型直流变换器，内部采用电流模式PWM控制器，工作频率典型值为750kHz。在关闭模式下，电流损耗可降低到1μA，非常适合于1节锂离子电池、2节到3节镍铬、镍氢电池或碱性电池。2节电池供电时，输出最大电流为200mA；3节电池供电时，输出最大电流为600mA。

TPS62000DGS的输出电压可调，通过调整反馈引脚FB的电压值来达到输出电压V0的变化，采用数字电位器来调节反馈引脚FB的电压。在图3中，H为数字电位器可调电阻器的高电压端，L为数字电位器可调电阻器的低电压端，W为数字电位器滑动电压输出端。输出电压的计算公式为V0=0.45V×（1+RH/RL），其中要求RH+RL≤1MΩ，每次调接的电阻值为1kΩ。3线接口可设计成单片机控制或按键直接控制（外扩逻辑电路），在减小数字电位器RL的阻值时，输出电压V0会增加。由于该器件是DC-DC降压器件，因此输出电压V0最大值为输入电压VI。

当数字电位器调节到RH=82kΩ，RL=18kΩ时，输出电压；

Vo=0.45×（1+82kΩ/18kΩ）=2.5V

当数字电位器调节到RH=85kΩ，RL=15kΩ时，输出电压；

Vo=0.45V×（1+85kΩ×15/kΩ）=3.0V

升压型DC-DC变换器

图4 升压型DC-DC变换器电路

图5 可调升压输出的典型应用电路

图4所示为升压型DC-DC变换器的典型电路，通过控制器IC延长启动晶体管的时间，以增加电感器的峰值电流来达到升压目的。传输作用的计算公式为：

Vo=VIN[T/（T-ton）]

式中，T为晶体管启动和关闭的周期；t（on）是晶体管启动的周期。

以TPS61030型电路为例，如图5所示，该电路是效率高达96%的同步升压变换器。非常适合于1节锂离子或锂聚合物电池、2节到3节碱性电池、镍铬或镍氢电池，变换产生固定输出电压或可调输出电压，输出电压的调节通过数字电位器调节反馈引脚FB的电压获得。在输入电压最低为1.8V时，输出电压为5V，输出电流最大为1A。升压基于一个固定频率PWM控制器同步开关整流获取高效率。具有关闭电源和过热保护功能。在图5中，H为数字电位器可调电阻器的高电压端，L为数字电位器可调电阻器的低电压端，W为数字电位器滑动电压输出端。反馈引脚FB的电压典型值为500mA，最大允许输出电压为5.5V。输出电压的计算公式为Vo=0.5V×（1+RH/RL）。另外，该电路内含电压基准0.5V的电池电压比较器，输入引脚LBI的电压通过电池电压分压获得，分压电阻器R1和R2也可以采用数字电位器调节。

以Xicor公司的3线接口（CS、U/D、INC）、100抽头X9C104S型电路为例，它的电位器阻值为100kΩ，每次调节的电阻值为1kΩ。3线接口可设计成单片机控制或按键直接控制（外扩逻辑电路），在减小数字电位器RL的阻值时，输出电压V0会增加。由于该电路是DC-DC升压型器件，因此输出电压V0最小为输入电压VI。

小结

图6 数字电位器的内部结构

数字电位器的内部结构如图6所示，它用控制MSO管的开关来调节滑动端VW在VH和VL之间多个等值电阻的位置，抽头数越多，等值电阻越多。调整的范围越宽，对DC-DC变换器的输出电压调整幅度越小。

与传统意义上的机械电位器相比，数字电位器在调整精确度上有非常明显的优势。但凡事有利有弊，数字电位器在线性度上就没有机械电位器好。此外机械电位器由于采用了触电设计，因此在长期滑动时会难免出现接触问题。而数字电位器由于没有触点，可以完全规避这类问题，延长使用寿命。