本文介紹一款利用按鈕式數(shù)字電位器簡單高效地控制高達(dá) 20 V 電壓的完整解決方案。這款完整的解決方案提供一種可調(diào)電源，可用于需要可調(diào)電壓輸出的各種應(yīng)用。圖 1 顯示具有可變輸出功率的相應(yīng)開關(guān)穩(wěn)壓器，使用 AD5116 數(shù)字電位器和具有集成式推挽輸出級的 ADCMP371 比較器。通過添加開關(guān)，而不是按鈕，可以使用微控制器來調(diào)節(jié)電壓。

　　AD5116 具有 64 個可用的游標(biāo)位置，端到端電阻容差為±8%。此外，AD5116 包含一個 EEPROM 來存儲游標(biāo)位置，可通過按鈕手動設(shè)置。對于需要固定標(biāo)準(zhǔn)上電電壓的應(yīng)用，這個功能非常有用。

　　該電路由電壓 VIN 供電，    可達(dá) 20 V。AD5116 和 ADCMP371 的電源電壓 VDD 也可由 VIN 生成，例如，通過 ADP121 等穩(wěn)壓器。

　　圖 1. 帶可變輸出、通過按鈕控制的高壓開關(guān)穩(wěn)壓器。

　　電路工作原理

　　輸出電壓 VOUT 通過反饋網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)頻率控制。通過分壓器反饋到比較器，然后與數(shù)字電位器設(shè)置的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果從 VOUT 獲取的電壓高于基準(zhǔn)電壓，比較器輸出切換到低電平，以阻隔 NMOS 晶體管 T1 和 PMOS 晶體管 T2，從而降低 VOUT。如果從 VOUT 獲取的電壓低于基準(zhǔn)電壓，比較器輸出切換到高電平，兩個晶體管切換到導(dǎo)通狀態(tài)（飽和），從而增加 VOUT。通過這種基于比較的功能，晶體管在開啟 / 關(guān)斷模式下以短脈沖工作，使各晶體管保持低損耗。除電位器的輸出電壓外，開關(guān)頻率還受 VOUT 的負(fù)載影響。

　　隨著數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出電壓增高，T2 關(guān)斷的時間變長，比較器輸出相應(yīng)增高。比較器輸出提供一系列更高頻率、速度更快的正電源輸出脈沖。如果 DAC 輸出電壓降低，則情況相反。

　　經(jīng)過濾波的 VOUT 通過公式 1 確定。

　　VW 為電位器抽頭 W 處的 DAC 輸出電壓。

　　AD5116 的 A 抽頭和 B 抽頭之間的電阻標(biāo)稱值為 5 kΩ，劃分為 64 級階躍。在量程的較低端，典型游標(biāo)電阻 RW 降至 45 Ω到 70 Ω之間。相對于 GND 的 VW 輸出電壓為：

　　其中 RWB 為：

　　RWB 是抽頭 W 和較低端的 GND 之間的電阻值。

　　RAB 為電位器的總電阻。

　　VA 為分壓器串頂端的電壓；在本例中，它等于 VDD。

　　D 為 AD5116 的 RDAC 寄存器中二進(jìn)制代碼的十進(jìn)制等效值。

　　AD5116 的 RDAC 寄存器通過按鈕 PD 和 PU 進(jìn)行控制。默認(rèn)的上電位置（例如 VOUT = 0 V）可以通過 ASE 引腳存儲在電位器的 EEPROM 中。

　　濾波器輸出：減少紋波

　　為了獲得平穩(wěn)的輸出電壓 VOUT 并減少開關(guān) T1 和 T2 導(dǎo)致的紋波，需要使用額外的濾波器電路（參見圖 2）。在設(shè)計此濾波器時，需考慮 AD5116 的    和    開關(guān)頻率，以及其工作電壓范圍。

　　對于圖 2 所示的電路，開關(guān)頻率范圍約為 1.8 Hz 至 500 Hz。因?yàn)檫@個值相當(dāng)?shù)?，所以在確定濾波器的截止頻率時，通常需要使用更大的 R、L 和 C 值。但是，濾波器的串聯(lián)電阻和輸出負(fù)載構(gòu)成了一個分壓器，會降低輸出電壓。所以，在選擇 R 值時，應(yīng)選擇相對較低的值。

　　圖 2. 用于使輸出電壓平穩(wěn)的濾波器電路。

　　AD5116

　　標(biāo)稱電阻容差誤差：±8%（    值）

　　游標(biāo)電流：±6 mA

　　可變電阻器模式下的溫度系數(shù)：35 ppm/°C

　　低功耗：2.5 μA（    值，2.7 V，125°C）

　　寬帶寬：4 MHz（5 kΩ選項(xiàng)）

　　上電 EEPROM 刷新時間：< 50 μs

　　125°C 時典型數(shù)據(jù)保留期：50 年

　　100 萬寫周期

　　2.3 V 至 5.5 V 電源供電

　　內(nèi)置自適應(yīng)去抖器

　　寬工作溫度范圍：-40℃至+125℃

　　2 mm × 2 mm × 0.55 mm、8 引腳超薄 LFCSP 封裝