中心議題：

• 數字電位器在DC-DC變換器中的應用
• 降壓型DC-DC變換器
• 升壓型DC-DC變換器

解決方案：

• DC-DC變換器采用電流模式PWM控製器

• 用控製MSO管的開關來調節等值電阻的位置

1 引言

數字電位器（DCP）是數控電阻大小的器件，數控的接口方式有直接按鍵方式、三線接口方式（選片線
、方向線、脈衝線）、SPI接口方式和I2C接口方式。通常用於校準係統精度和控製係統參數的大小。

2 脈寬調製模式

早上20世紀60年(nian)代(dai)，電(dian)源(yuan)的(de)開(kai)關(guan)調(tiao)節(jie)首(shou)先(xian)應(ying)用(yong)在(zai)軍(jun)用(yong)電(dian)源(yuan)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)。它(ta)的(de)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu)重(zhong)量(liang)輕(qing)和(he)效(xiao)率(lv)高(gao)
，可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)均(jun)衡(heng)電(dian)量(liang)的(de)加(jia)載(zai)

，就(jiu)是(shi)控(kong)製(zhi)均(jun)衡(heng)電(dian)壓(ya)的(de)供(gong)給(gei)
，通(tong)過(guo)高(gao)速(su)動(dong)作(zuo)的(de)開(kai)關(guan)量(liang)的(de)開(kai)和(he)關(guan)來(lai)實(shi)現(xian)。如(ru)圖(tu)1所示，加載到電阻器上的平均電壓Vo(avg)=(ton/T)×Vi，這種控製方法就稱為脈寬調製模式。本文概述在二種類型DC-DC變換器中數字電位器的應用

，包括如何調節反饋電阻來獲得輸出電壓。


3 降壓型DC-DC變換器

圖2所示為降壓型DC-DC變換器的典型電路，當控製器IC感應到輸出電壓Vo太低時，啟動通道上的晶體管Q給電感器L充電，同時也對電容器C充電，當輸出電壓V0上升到一個預定值時
，控製器關閉通道上的晶體管Q
，電感器L和電容器C上獲取的能量通過肖特基二極管構成的回路自由釋放
，從電感器L到電容器C進行有效的能量傳輸會消耗一部分能量，因此加載在負載上的電壓有所下降。

以TI公司的TPS62000型電路為例，如圖3所示，它是低噪聲同步降壓型DC-DC變換器，內部采用電流模式PWM控製器


，工作頻率典型值為750kHz。在關閉模式下
，電流損耗可降低到1μA
，非常適合於1節鋰離子電池
、2節到3節鎳鉻、鎳氫電池或堿性電池。2節電池供電時
，輸出最大電流為200mA；3節電池供電時，輸出最大電流為600mA。

TPS62000DGS的輸出電壓可調，通過調整反饋引腳FB的電壓值來達到輸出電壓V0的變化，采用數字電位器來調節反饋引腳FB的電壓。在圖3中，H為數字電位器可調電阻器的高電壓端，L為數字電位器可調電阻器的低電壓端

，W為數字電位器滑動電壓輸出端。輸出電壓的計算公式為V0=0.45V×(1+RH/RL),其中要求RH+RL≤1MΩ
，每次調接的電阻值為1kΩ。3線接口可設計成單片機控製或按鍵直接控製（外擴邏輯電路）
，在減小數字電位器RL的阻值時
，輸出電壓V0會增加。由於該器件是DC-DC降壓器件

，因此輸出電壓V0最大值為輸入電壓VI。

當數字電位器調節到RH=82kΩ,RL=18kΩ時，輸出電壓
；

Vo=0.45×(1+82kΩ/18kΩ)=2.5V；

當數字電位器調節到RH=85kΩ,RL=15kΩ時，輸出電壓

Vo=0.45V×(1+85kΩ×15/kΩ)=3.0V。
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4 升壓型DC-DC變換器

圖4所示為升壓型DC-DC變換器的典型電路
，通過控製器IC延長啟動晶體管的時間
，以增加電感器的峰值電流來達到升壓目的。傳輸作用的計算公式為

Vo=VIN[T/(T-ton)]

式中，T為晶體管啟動和關閉的周期；t(on)是晶體管啟動的周期。

以TI公司的TPS61030型電路為例，如圖5所示


，該電路是效率高達96%的同步升壓變換器。非常適合於1節鋰離子或鋰聚合物電池、2節到3節堿性電池、鎳鉻或鎳氫電池，變換產生固定輸出電壓或可調輸出電壓，輸出電壓的調節通過數字電位器調節反饋引腳FB的電壓獲得。在輸入電壓最低為1.8V時，輸出電壓為5V，輸出電流最大為1A。升壓基於一個固定頻率PWM控製器同步開關整流獲取高效率。具有關閉電源和過熱保護功能。在圖5中，H為數字電位器可調電阻器的高電壓端，L為數字電位器可調電阻器的低電壓端，W為數字電位器滑動電壓輸出端。反饋引腳FB的電壓典型值為500mA，最大允許輸出電壓為5.5V。輸出電壓的計算公式為Vo=0.5V×(1+RH/RL)。另外，該電路內含電壓基準0.5V的電池電壓比較器，輸入引腳LBI的電壓通過電池電壓分壓獲得
，分壓電阻器R1和R2也可以采用數字電位器調節。

以Xicor公司的3線接口（CS
、U/D、INC）、100抽頭X9C104S型電路為例，它的電位器阻值為100kΩ
，每次調節的電阻值為1kΩ。3線接口可設計成單片機控製或按鍵直接控製（外擴邏輯電路），在減小數字電位器RL的阻值時，輸出電壓V0會增加。由於該電路是DC-DC升壓型器件
，因此輸出電壓V0最小為輸入電壓VI。

5 小結

數字電位器的內部結構如圖6所示，它用控製MSO管的開關來調節滑動端VW在VH和VL之間多個等值電阻的位置，抽頭數越多，等值電阻越多。調整的範圍越寬
，對DC-DC變換器的輸出電壓調整幅度越小。

數shu字zi電dian位wei器qi的de優you點dian是shi調tiao整zheng的de精jing確que度du高gao於yu機ji械xie電dian位wei器qi
，缺que點dian是shi線xian性xing度du有you機ji械xie電dian位wei器qi好hao。另ling外wai，機ji械xie電dian位wei器qi有you觸chu點dian，滑hua動dong端duan長chang期qi滑hua動dong出chu現xian接jie觸chu問wen題ti。而er數shu字zi電dian位wei器qi沒mei有you觸chu點dian
，因yin而er使shi用yong壽shou命ming和he可ke靠kao性xing優you於yu機ji械xie電dian位wei器qi。