利用数字电位计实现开关电源的输出电压调整

开关电源（SMPS）在许多系统中发挥着关键作用，其输出电压的精确调整是确保系统性能和稳定性的重要环节。为了实现这一目标，设计人员常常采用数字电位计（digiPOT）来调整开关电源的输出电压。本文将深入探讨这一技术的应用以及其优势。 首先，开关电源通过其内部的反馈机制来维持恒定的输出电压。在基本的电压控制环路中，反馈网络由两个电阻构成，它们将输出电压与内部基准电压进行比较，差异被送到脉宽调制器（PWM）。PWM通过调整开关元件的工作周期来控制电源的输出，从而保持输出电压稳定。如图1所示，这是一个典型的电压控制环路结构。 为了实现输出电压的精细调整，数字电位计可以接入到这个反馈网络中，以替代传统的固定电阻。如图2所示，digiPOT作为可变反馈电阻，可以通过串行接口（如PMBus、I2C或SPI）接收指令，动态改变其电阻值，进而影响误差放大器的输入，从而调整输出电压。这种方法使得在系统运行时实时改变输出电压成为可能，例如在微处理器的动态电压控制中，可以根据系统负载的需求在低功耗和高性能模式之间切换电压。 数字电位计的工作原理类似于机械电位计，但它使用电子开关和数字信号而不是机械部件。如图3所示，digiPOT包含一系列串联的小电阻，通过电子开关选择不同的电阻路径，改变电阻的分压比例。分辨率取决于电位计的位数，位数越多，可调的电压范围越精细。 在表1中，我们比较了使用模拟电位计、数模转换器（DAC）和数字电位计调整输出电压的能力和功耗。通常，digiPOT提供了良好的折衷方案，既具备较高的调整精度，又保持较低的功耗，且在某些型号中还具有非易失性存储功能，这意味着在电源关闭后仍能保持设置，这对于测试和校准过程非常有利。 总的来说，数字电位计为开关电源的输出电压调整提供了一种灵活、高效且易于集成的解决方案。通过这种方式，设计人员可以精确控制电源电压，消除路径误差，验证系统限制，以及优化微处理器的工作条件。不仅如此，它还简化了系统测试，特别是在在线测试（ICT）中，满足了在不同电源电压下验证设备功能的要求。数字电位计的这些特点使其成为现代电子系统设计中不可或缺的工具，尤其在需要动态电压控制的场景下。