开关电源输出电压的数控设计

高 敏

（江苏商贸职业学院，江苏 南通，226011）

开关电源输出电压的数控设计

高 敏

（江苏商贸职业学院，江苏 南通，226011）

普通开关电源模块采用人工调节输出电压，不能实现输出电压自适应调整。实现输出电压自适应调整的关键是实现输出电压的数控调节，该文介绍基于数字电位器和DA的两种数控调节输出电压方式，给出相关元器件参数计算方法与具体实例。

开关电源；数控调节；数字电位器；DA

前言

普通开关电源模块通过人工调节可调电阻来调整输出电压，属于模拟调节方式，不能应用于需要输出电压自适应调整场合。为了实现普通开关电源模块的输出电压的自适应调整，实现输出电压的数控调节是关键。

基于上述需求，本文介绍开关电源模块的输出电压的两种数控方式——基于数字电位器方式和基于DA方式，并给出相关元器件参数计算方法，并给出具体实例。

1　输出电压的人工调节方式

典型开关电源模块及其外围电路如图1所示。其中，模块内含线性稳压单元，由其提供基准电压。模块内含电压比较器，其反相端连接内部的基准电压，正相端连接至外面。模块外的电阻R1和R2接至输出电压和地间，把R1所获电压作为反馈电压送回电压比较器的正相端。工作时，电压比较器比较基准电压和反馈电压的大小，输出误差电压至脉宽调整单元，调整驱动信号占空比，实现输出电压调整，直至反馈电压与基准电压相等。

图1：典型开关电源模块及其外围电路图

正常工作时，有

由上式得

可见，将R2改为可调电阻，通过调整R2的值，调节R2与R1间的比例，即可实现输出电压的手工调节。

2　输出电压的数控调节方式

2.1 基于数字电位器的数控调节方式

参考输出电压的手工调节方式，用数字电位器代替可调电阻，通过MCU控制数字电位器来实现输出电压调节，是比较容易理解和接受的数控调节方式。基于数字电位器的数控调节方式如下图2所示。

图2：基于数字电位器的数控调节方式

N位的线性数字电位器，内由2N-1个阻值为R的电阻串联，提供2N个分压点给移动端选择。MCU通过指令，控制数字电位器的移动端的接入点，实现阻值调节。

如图2的连接方式，数字电位器的等效阻值为nR，n∈(0,1,2,…,2N-1)为移动端的接入点。正常工作时，有

为了方便计算，设R1=mR，易得

由上式易知，调整移动端的接入点n，即可调整输出电压。变换上式得

应用时，先设定输出电压，应用上式，计算出数字电位器的移动端接入点n，再由MCU送出相应控制信号，即可实现输出电压控制。

由式(3-1-1)易知，输出电压最小步进值为

当移动端接至数字电位器的顶端时（n=2N），由式(3-1-1)知，输出电压达最大值，有

具体电路设计时，先确定输出电压最大值，再由上式，计算出

实例1：要求基于开关电源模块LM5117，采用数字电位器MAX5415进行输出电压调节，设计一个输出电压最大值为10V的开关电源。

设计过程如下：

查阅资料，获知开关电源模块LM5117的内部基准电压refV=0.8V；获知MAX5415为

8位、线性、最大阻值为100K的数字电位器，则其内部的最小电阻单元

由式(3-1-3)，得

计算电阻R1

若关注输出电压最小步进指标，可由式(3-1-2)得

2.2 基于DA的数控调节方式

通常，数字电位器仅为8位，将其应用于开关电源模块的输出电压的数控调节，输出电压最小步进值比较大，若对输出电压最小步进值指标要求比较高，可以采用基于DA的数控调节方式，DA类型比较丰富，采用高位的DA，可以实现输出电压的精细化数控调节。

基于DA的数控调节方式如图3所示。电路显著特征是：电阻R2和R1接至开关电源输出电压V0和DA输出电压VC，反馈电压Vf为V0和VC共同激励的结果。

图3：基于DA的数控调节方式

正常工作时，有

显然，通过调节DA输出电压VC，可以调节输出电压V0，而当VC=0时，开关电源输出电压达到最大值，有：

反之，确定了开关电源输出电压最大值要求后，由上式可确定

应用时，设定输出电压后，由式(3-1-3)，可计算DA输出电压为

再由DA输出电压 ，换算出DA输入所需要的数字量。

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Numerical Control Design of the Output Voltage of the Switching Power Supply

GAO Min
(Jiangsu Vocational College of Business, Nantong, Jiangsu 226011)

Common switching power supply module uses the manual adjustment of output voltage, which can't realize the adaptive adjustment of output voltage. The key to realize the adaptive adjustment of output voltage is the realization of digital control of output voltage. This paper introduces two kinds of numerical control output voltage modes based on the digital potentiometer and DA; the calculation method of relevant components parameters is given, and some specific examples are also provided.

switching power supply; numerical control adjustment; digital potentiometer; DA

TM5

A

1674-3083（2016）05-0024-03

2016-09-27

高敏（1980—），女，硕士，讲师，主要研究方向：应用电子技术研究及教学。