【世说设计】使用数字电位器来产生可调电压输出
本文介绍一款利用按钮式数字电位器简单高效地控制高达20 v电压的完整解决方案。这款完整的解决方案提供一种可调电源，可用于需要可调电压输出的各种应用。图1显示具有可变输出功率的相应开关稳压器，使用ad5116 数字电位器和具有集成式推挽输出级的 adcmp371 比较器。通过添加开关，而不是按钮，可以使用微控制器来调节电压。
ad5116具有64个可用的游标位置，端到端电阻容差为±8%。此外，ad5116包含一个eeprom来存储游标位置，可通过按钮手动设置。对于需要固定标准上电电压的应用，这个功能非常有用。
该电路由电压 vin供电，最高可达20 v。ad5116和adcmp371的电源电压 vdd 也可由 vin生成，例如，通过adp121等稳压器。
图1.带可变输出、通过按钮控制的高压开关稳压器。
电路工作原理
输出电压 vout 通过反馈网络的开关频率控制。通过分压器反馈到比较器，然后与数字电位器设置的基准电压进行比较。如果从 vout 获取的电压高于基准电压，比较器输出切换到低电平，以阻隔nmos晶体管t1和pmos晶体管t2，从而降低 vout。如果从 vout 获取的电压低于基准电压，比较器输出切换到高电平，两个晶体管切换到导通状态（饱和），从而增加 vout。通过这种基于比较的功能，晶体管在开启/关断模式下以短脉冲工作，使各晶体管保持低损耗。除电位器的输出电压外，开关频率还受 vout的负载影响。
随着数模转换器(dac)输出电压增高，t2关断的时间变长，比较器输出相应增高。比较器输出提供一系列更高频率、速度更快的正电源输出脉冲。如果dac输出电压降低，则情况相反。
经过滤波的vout 通过公式1确定。
vw 为电位器抽头w处的dac输出电压。
ad5116的a抽头和b抽头之间的电阻标称值为5 kω，划分为64级阶跃。在量程的较低端，典型游标电阻 rw 降至45 ω到70 ω之间。相对于gnd的 vw 输出电压为：
其中 rwb 为：
rwb是抽头w和较低端的gnd之间的电阻值。
rab 为电位器的总电阻。
va为分压器串顶端的电压；在本例中，它等于 vdd。
d为ad5116的rdac寄存器中二进制代码的十进制等效值。
ad5116的rdac 寄存器通过按钮pd和pu进行控制。默认的上电位置（例如 vout = 0 v）可以通过ase引脚存储在电位器的eeprom中。
滤波器输出：减少纹波
为了获得平稳的输出电压vout并减少开关t1和t2导致的纹波，需要使用额外的滤波器电路（参见图2）。在设计此滤波器时，需考虑ad5116的最大和最小开关频率，以及其工作电压范围。
对于图2所示的电路，开关频率范围约为1.8 hz至500 hz。因为这个值相当低，所以在确定滤波器的截止频率时，通常需要使用更大的r、l和c值。但是，滤波器的串联电阻和输出负载构成了一个分压器，会降低输出电压。所以，在选择r值时，应选择相对较低的值。
图2.用于使输出电压平稳的滤波器电路。
ad5116
标称电阻容差误差：±8%（最大值）游标电流：±6 ma
可变电阻器模式下的温度系数：35 ppm/°c
低功耗：2.5 μa（最大值，2.7 v，125°c）
宽带宽：4 mhz（5 kω选项）
上电eeprom刷新时间：< 50 μs
125°c时典型数据保留期：50年
100万写周期
2.3 v至5.5 v电源供电
内置自适应去抖器
宽工作温度范围：-40℃至+125℃
2 mm × 2 mm × 0.55 mm、8引脚超薄lfcsp封装
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ad5116具有64个可用的游标位置，端到端电阻容差为±8%。此外，ad5116包含一个eeprom来存储游标位置，可通过按钮手动设置。对于需要固定标准上电电压的应用，这个功能非常有用。
该电路由电压 vin供电，最高可达20 v。ad5116和adcmp371的电源电压 vdd 也可由 vin生成，例如，通过adp121等稳压器。
图1.带可变输出、通过按钮控制的高压开关稳压器。
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输出电压 vout 通过反馈网络的开关频率控制。通过分压器反馈到比较器，然后与数字电位器设置的基准电压进行比较。如果从 vout 获取的电压高于基准电压，比较器输出切换到低电平，以阻隔nmos晶体管t1和pmos晶体管t2，从而降低 vout。如果从 vout 获取的电压低于基准电压，比较器输出切换到高电平，两个晶体管切换到导通状态（饱和），从而增加 vout。通过这种基于比较的功能，晶体管在开启/关断模式下以短脉冲工作，使各晶体管保持低损耗。除电位器的输出电压外，开关频率还受 vout的负载影响。
随着数模转换器(dac)输出电压增高，t2关断的时间变长，比较器输出相应增高。比较器输出提供一系列更高频率、速度更快的正电源输出脉冲。如果dac输出电压降低，则情况相反。
经过滤波的vout 通过公式1确定。
vw 为电位器抽头w处的dac输出电压。
ad5116的a抽头和b抽头之间的电阻标称值为5 kω，划分为64级阶跃。在量程的较低端，典型游标电阻 rw 降至45 ω到70 ω之间。相对于gnd的 vw 输出电压为：
其中 rwb 为：
rwb是抽头w和较低端的gnd之间的电阻值。
rab 为电位器的总电阻。
va为分压器串顶端的电压；在本例中，它等于 vdd。
d为ad5116的rdac寄存器中二进制代码的十进制等效值。
ad5116的rdac 寄存器通过按钮pd和pu进行控制。默认的上电位置（例如 vout = 0 v）可以通过ase引脚存储在电位器的eeprom中。
滤波器输出：减少纹波
为了获得平稳的输出电压vout并减少开关t1和t2导致的纹波，需要使用额外的滤波器电路（参见图2）。在设计此滤波器时，需考虑ad5116的最大和最小开关频率，以及其工作电压范围。
对于图2所示的电路，开关频率范围约为1.8 hz至500 hz。因为这个值相当低，所以在确定滤波器的截止频率时，通常需要使用更大的r、l和c值。但是，滤波器的串联电阻和输出负载构成了一个分压器，会降低输出电压。所以，在选择r值时，应选择相对较低的值。
图2.用于使输出电压平稳的滤波器电路。
ad5116
标称电阻容差误差：±8%（最大值）游标电流：±6 ma
可变电阻器模式下的温度系数：35 ppm/°c
低功耗：2.5 μa（最大值，2.7 v，125°c）
宽带宽：4 mhz（5 kω选项）
上电eeprom刷新时间：< 50 μs
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2 mm × 2 mm × 0.55 mm、8引脚超薄lfcsp封装
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