DC/DC恒流输出控制原理与应用

本文介绍DC/DC恒流输出控制原理与应用。

DC/DC恒流输出通常会涉及到调节电流大小。有些芯片有专用的PWM或D/A调节引脚调节电流大小。本文针对没有专用调节电流功能的恒流驱动芯片,电路上增加少许改动,使之具有电流调节功能。

1.原理

通常情况下,DC/DC恒流驱动芯片正常工作时,CS(Current Sense)处的电压V_{CS}为一个固定值(不同芯片厂家值不一样),输出电流可使用下面的公式描述(V_{S}R_{CS}的2端电压):

I_{OUT}=\frac{V_{S}}{R_{CS}}

如果有办法改变V_{CS}提供给R_{CS}上的电压(即V_{S}),那么就可以改变输出驱动电流。电路原理图如下图:

其中,

1)PWM DIMMING为PWM输入接口,也可以是D/A接口,通常接至外部SOC或MCU相应管脚。

2)改变PWM占空比可改变R_{CS}上的电压,从而改变输出电流。

3)当使用PWM输入时,C_{3}不可省略,此时R_{3}C_{3}组成一阶低通滤波器,整流输出直流电压,通常在PWM频率大于10kHz,滤波器截至频率(fc=1/(2*pi*RC))远小于(通常是10倍)PWM输入频率即可。

2.参数确定

电路原理搞清楚之后,就需要建立输入电压(后面统一用V_{C}表示),输出电流(I_{OUT})与R_{1}R_{2}R_{3}之间的关系。V_{CS}V_{S}V_{C}共同决定,根据叠加原理可知:

V_{CS}=V_{CS1}+V_{CS2}

1)V_{S}单独作用时,求V_{CS1}

此时,V_{C}接地,可知:

V_{CS1}=\frac{R_{2}+R_{3}}{R_{1}+R_{2}+R_{3}}V_{S}

 2)V_{C}单独作用时,求V_{CS2}

此时,V_{S}接地,可知:

V_{CS2}=\frac{R_{1}}{R_{1}+R_{2}+R_{3}}V_{C}

至此,V_{CS}即可求出,即:

V_{CS}=V_{CS1}+V_{CS2}=\frac{R_{2}+R_{3}}{R_{1}+R_{2}+R_{3}}V_{S}+\frac{R_{1}}{R_{1}+R_{2}+R_{3}}V_{C}

又由V_{S}=R_{CS} I_{OUT},可得:

V_{CS}=\frac{R_{2}+R_{3}}{R_{1}+R_{2}+R_{3}}I_{OUT}R_{CS}+\frac{R_{1}}{R_{1}+R_{2}+R_{3}}V_{C}

更近一步移项,整理,求出V_{C}I_{OUT}之间的关系:

I_{OUT}=-mV_{C}+b\, \, \, \, m>0,b>0

\left\{\begin{matrix} m=\frac{R_{1}}{(R_{2}+R_{3})R_{CS}} \\ b=\frac{R_{1}+R_{2}+R_{3}}{(R_{2}+R_{3})R_{CS}}V_{CS} \end{matrix}\right.

其中,

1)V_{CS}为固定值,R_{CS}可选定,R_{1}R_{2}R_{3}可由V_{C}I_{OUT}对应关系唯一的确定。

2)V_{C}I_{OUT}呈线性关系。

3)R_{2}R_{3}阻值不能太小,太小会增加SOC或MCU驱动能力要求。

4)R_{1}R_{2}R_{3}精度有要求。可选1%误差。

3.应用

这里以D/A输出调压为例,PWM输出类似。选用DC/DC芯片V_{CS}=1.0V的。

功能需求:

1)V_{C}范围为:0-3.0V

2)I_{OUT}范围为:0-3A

3)R_{CS}为:2m\Omega

根据1中原理图,试确定R_{1}R_{2}R_{3}值。

由2中V_{C}I_{OUT}之间的关系,列方程组:

\left\{\begin{matrix} 0=-3m+b \\ 3=-0m+b \end{matrix}\right.

注意:V_{C}I_{OUT}这2者呈反比例关系

可得:

\left\{\begin{matrix} m=1 \\ b=3 \end{matrix}\right.

代入2中公式可得:

\left\{\begin{matrix} 1=\frac{500R_{1}}{R_{2}+R_{3}} \\ 3=\frac{500(R_{1}+R_{2}+R_{3})}{R_{2}+R_{3}} \end{matrix}\right.

进而:

2R_{1}=R_{2}+R_{3}

R_{1}=10k\Omega,可取R_{2}=R_{3}=10k\Omega

注意:

1)以上电阻值为理论值,需要根据标称值及误差综合选型。

2)D/A输出时注意驱动能力,必要时增加缓冲器。

总结,本文介绍了DC/DC恒流输出控制原理与应用。

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