誤差放大器
　　每個(gè)開(kāi)關(guān)模式電源都有一個(gè)集成誤差放大器。這可以是如圖 1 所示的普通運(yùn)算放大器，也可以是跨導(dǎo)放大器。功能始終相同，并且輸出電壓調(diào)整的實(shí)現(xiàn)也可以以相同的方式完成。誤差放大器將反饋分壓器 (VFB) 的電壓與其內(nèi)部參考電壓 (VREF) 進(jìn)行比較，并設(shè)置占空比 (PWM)，使差值為零。由于參考電壓通常在幾百毫伏到一伏的范圍內(nèi)，因此輸出電壓由反饋分壓器（R1、R2）分壓。在誤差放大器的輸入(FB)和輸出(COMP)之間連接有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，它可以確保在所有線路和負(fù)載條件下對(duì)輸出電壓進(jìn)行良好的調(diào)節(jié)。
　　　圖 1：誤差放大器
　　這些外部組件通常是固定的，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器是針對(duì)不變的輸出電壓而設(shè)計(jì)的。通過(guò)使用定義的電阻器 (R3) 將外部電壓 (VADJ) 施加到誤差放大器的反饋，會(huì)注入額外的電流，該電流通過(guò)低側(cè)電阻器 (R2) 流向 GND，從而產(chǎn)生額外的壓降。這意味著，運(yùn)算放大器輸入 (FB) 上的電壓上升，誤差放大器降低占空比，使其回到參考電壓值。這種方法稱為“模擬”，因?yàn)槟M電壓用于調(diào)整輸出電壓。實(shí)施得好，電源的輸出電壓與模擬調(diào)節(jié)電壓成正比。
　　一個(gè)簡(jiǎn)短的示例顯示了三個(gè)電阻的計(jì)算。
　　最小輸出電壓：VOUT min = 5.0V
　　最大輸出電壓：VOUT max = 12.0V
　　最小調(diào)整電壓：VADJ min =0.0V
　　最大調(diào)節(jié)電壓：VADJ max =3.3V
　　參考電壓：VREF=0.6V
　　當(dāng) VADJ 設(shè)置為 0.0V 時(shí)，電阻器 R3 實(shí)際上與 R2 并聯(lián)。這意味著輸出電壓達(dá)到最大值。當(dāng) VADJ 設(shè)置為 5.0V 時(shí)，電阻器 R3 產(chǎn)生附加電流，該電流疊加到 R1 的電流上。在這種情況下，輸出電壓達(dá)到最小值。請(qǐng)務(wù)必記住，最小輸出電壓受參考電壓限制，不能低于該值。
　　這三個(gè)電阻可以通過(guò)四個(gè)步驟輕松確定：
　　首先，需要選擇流經(jīng)高側(cè)電阻器 R1 的最小電流 (I R1,min )。非常低的電流容易受到噪聲的影響，而非常高的電流會(huì)導(dǎo)致不必要的損耗。典型值為 100μA，本例中也使用該值。
　　現(xiàn)在，計(jì)算分壓器的高側(cè)電阻。
　　`R_1=(VOUT_("min")-VREF)/I_(R1,min)`
　　`R_1=(5.0V-0.6V)/(100μA)=44.0kΩ`
　　選擇最接近的值 44.2 kΩ。
　　下一步是電阻器 R3 的計(jì)算，該電阻器將外部電壓與誤差放大器的反饋連接起來(lái)。
　　`R_3=(R_1"VADJ"_("max"))/(VOUT_("max")-VREF-R_1I_(R1,min))`
　　`R_3=(44.2 kΩ3.3 V)/(12.0 V-0.6 V-44.2 kΩ100 A)=20.9 kΩ`
　　選擇最接近的值 21.0 kΩ
　　由于 R1 和 R3 已知，因此可以確定缺失的電阻器 R2。
　　`R_2=(R_1R_3VREF)/(R_3VOUT_("max")-R_3VREF-R1VREF)`
　　`R_2=(44.2 kΩ21.0 kΩ0.6 V)/(21.0 kΩ12.0 V-21.0 kΩ0.6 V-44.2 kΩ0.6 V)=2.62 kΩ`
　　選擇最接近的值 2.61 kΩ。
　　用于調(diào)節(jié)電源輸出電壓的外部電壓可以通過(guò)多種方式產(chǎn)生。最常見(jiàn)的是使用平滑的 PWM 信號(hào)或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 的輸出，如圖 2 所示?！　∧M電壓產(chǎn)生

　　圖 2：模擬電壓生成
　　第一種方法經(jīng)常被使用，因?yàn)樗浅：?jiǎn)單且便宜。如果需要可調(diào)輸出電壓，通常系統(tǒng)中的某個(gè)地方都會(huì)有一個(gè)微控制器。具有脈寬調(diào)制 (PWM) 功能的輸出會(huì)生成矩形波形，由低通濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波，將其轉(zhuǎn)換為平均直流電壓。為了實(shí)現(xiàn)平滑的模擬電壓，低通濾波器的帶寬應(yīng)比 PWM 信號(hào)的頻率低十倍或更小?？烧{(diào)輸出電壓的步長(zhǎng)直接取決于 PWM 信號(hào)的分辨率。
　　另一種方法是使用 DAC，例如 DAC5311。如果需要不同的可調(diào)電源軌并且微控制器上的 PWM 輸出量有限，則可以通過(guò) SPI 總線并行控制多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。這里步長(zhǎng)還取決于 DAC 的分辨率。該系列數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供 8 位 (DAC5311) 至 16 位 (DAC8411) 的分辨率，因此可以滿足有關(guān)開(kāi)關(guān)模式電源的可調(diào)輸出電壓分辨率的任何需求。
　　數(shù)字化方法
　　對(duì)于“數(shù)字”方法，使用微控制器輸出等數(shù)字信號(hào)直接改變電源的輸出電壓，而無(wú)需繞過(guò) DAC 等。這背后的想法非常簡(jiǎn)單。通過(guò)改變高側(cè)電阻器 (R1) 或低側(cè)電阻器 (R2) 的電阻，可以控制輸出電壓。
　　值得注意的是，高側(cè)電阻器對(duì)補(bǔ)償有影響，更準(zhǔn)確地說(shuō)是對(duì)增益有影響。如果該電阻器的值發(fā)生變化，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的增益就會(huì)發(fā)生變化，這可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定和不同的行為，具體取決于輸出電壓。除此之外，它的電阻也不容易改變，因?yàn)樗歉?dòng)的并且不接地。　　更好的方法是操縱低側(cè)電阻。它對(duì)補(bǔ)償沒(méi)有影響，因此轉(zhuǎn)換器的行為將始終保持不變?？赏ㄟ^(guò)邏輯電平 FET 切換的附加電阻與固定低側(cè)電阻 (R2) 并聯(lián)。

　　圖 3 中的示例顯示了具有兩位的所謂 VID 接口（動(dòng)態(tài)電壓識(shí)別）。如果FET由微控制器的數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)，則相應(yīng)的電阻器將與固定電阻器 R2 并聯(lián)切換?？傠娮铚p小，因此輸出電壓增加。通過(guò)兩位，可以設(shè)置四種不同的電壓電平。根據(jù)需求，可以添加更多步驟。
　　視頻接口
　　圖3：VID接口
　　對(duì)于此示例，再次使用模擬方法的規(guī)范：
　　首先，需要選擇流經(jīng)高側(cè)電阻器 R1 的最小電流 (I R1,min )。這里也使用 100μA。
　　現(xiàn)在，計(jì)算分壓器的高側(cè)電阻。
　　`R_1=(VOUT_("min")-VREF)/I_("R1,min")`
　　`R_1=(5.0V-0.6V)/(100μA)=44.0kΩ`
　　選擇最接近的值 44.2 kΩ。
　　R2 是固定低側(cè)電阻，始終連接在誤差放大器的反饋和地之間。
　　`R_2=(R_1VREF)/(VOUT_("min")-VREF)`
　　`R_2=(44.2 kΩ0.6 V)/(5.0 V-0.6 V)=6.03 kΩ`
　　選擇最接近的值 6.04 kΩ。
　　步驟的數(shù)量取決于VID接口的位數(shù)。例如，四位 (0、1、2、3) 啟用 16 個(gè)步驟。單個(gè)步驟通過(guò)以下等式計(jì)算。
　　`VSTEP=(VOUT_("最大")-VOUT_("最小"))/(2^("位")-1)`
　　`VSTEP=(12.0V-5.0V)/(2^4-1)=467mV`
　　理論上，必須對(duì)每個(gè)位進(jìn)行此計(jì)算，因此在本例中進(jìn)行四次（BIT 0、1、2、3）。但僅對(duì)位 0 執(zhí)行此操作就足夠了，然后對(duì)其他三個(gè)剩余值使用 1/2、1/4 和 1/8。
　　`R_(2,BITx)=1/((VOUT_("min")+2^("BIT")VSTEP-VREF)/(R_1VREF)-1/R_2)`
　　`R_(2,BIT0)=1/((5.0V+2^0?467 mV-0.6 V)/(44.2 kΩ?0.6 V)-1/(6.04 kΩ))=55.7 kΩ`
　　選擇最接近的值 56.2 kΩ。
　　通過(guò)與固定電阻器 R2 并聯(lián)的四個(gè)可切換電阻器，輸出電壓可以在 5.0V 至 12.0V 之間分 16 級(jí)設(shè)置。　　可以使用數(shù)字電位器（如圖 4 所示的 TPL0401A-10）實(shí)現(xiàn)類似但集成度更高的解決方案。

　　圖 4：數(shù)字電位器
　　電位器 RPOT 與低側(cè)電阻器 R2 串聯(lián)，并由 I2C 或 SPI 控制。該特定設(shè)備有 128 個(gè)抽頭，因此其功能類似于 7 位離散 VID 接口。重要的是不要將其用作反饋分壓器本身，否則，高側(cè)電阻將根據(jù)輸出電壓而變化，從而對(duì)補(bǔ)償產(chǎn)生影響，如開(kāi)頭所述。
　　數(shù)模方法
　　第三種方法是“數(shù)字模擬”，它結(jié)合使用了所示的兩種解決方案。它基于 Texas Instruments LM10011V VID 可編程電流 DAC。該器件有四個(gè)邏輯輸入，其驅(qū)動(dòng)方式與數(shù)字方法中描述的相同。該器件的輸出不是電壓，而是電流，該電流直接饋入分壓器的低側(cè)電阻器 R2，如圖 5 所示。與模擬方法類似，該可編程電流的范圍為 0 到59.2 A 會(huì)在低側(cè)電阻器上產(chǎn)生額外的壓降，從而控制電源的輸出電壓。　　LM10011 VID 可編程電流 DAC

　　圖 5：LM10011 VID 可編程電流 DAC
　　它可以在 4 位或 6 位模式下使用，從而提供 16 級(jí)和 64 級(jí)輸出電壓調(diào)節(jié)。其優(yōu)點(diǎn)是與分立設(shè)置相比，解決方案尺寸更小，并且與 TI 的 TMS320 DSP 兼容，TMS320 DSP 可根據(jù)負(fù)載自主控制電源電壓。
　　結(jié)論
　　通常，電源僅提供固定的輸出電壓。但在某些應(yīng)用中，有必要或希望在一定范圍內(nèi)改變?cè)撾妷?。本文介紹了將此功能擴(kuò)展到幾乎所有電源的三種不同方法。幾乎任何信號(hào)，如 PWM、簡(jiǎn)單邏輯、SPI/I2C 或?qū)Ｓ?VID 接口都可以使用。輸出電壓的變化速度主要取決于轉(zhuǎn)換器的帶寬，較少取決于控制電路。