每個(gè)開(kāi)關(guān)電源都有一個(gè)集成誤差放大器。它可能是圖 1 所示的普通運(yùn)算放大器，也可能是跨導(dǎo)放大器。其功能始終相同，輸出電壓調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方式也相同。誤差放大器將反饋分壓器 (VFB) 的電壓與其內(nèi)部參考 (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 1 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)。經(jīng)過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)，它可確保在所有線路和負(fù)載條件下良好地調(diào)節(jié)輸出電壓。
　　　　圖 1：誤差放大器
　　這些外部組件通常是固定的，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)用于非可變輸出電壓。通過(guò)將外部電壓 (VADJ) 施加到具有定義電阻 (R3) 的誤差放大器的反饋，將注入額外的電流，該電流通過(guò)低側(cè)電阻 (R2) 流到 GND，從而導(dǎo)致額外的電壓降。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以使其回到其參考電壓的值。這種方法稱為“模擬”，因?yàn)槭褂媚M電壓來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。實(shí)施得當(dāng)，電源的輸出電壓與模擬調(diào)節(jié)電壓成比例。
　　一個(gè)簡(jiǎn)短的例子顯示了三個(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)整電壓：VADJ max = 3.3V
　　參考電壓：VREF=0.6V
　　當(dāng) VADJ 設(shè)置為 0.0V 時(shí)，電阻 R3 實(shí)際上與 R2 并聯(lián)。這意味著輸出電壓具有最大值。當(dāng) VADJ 設(shè)置為 5.0V 時(shí)，電阻 R3 會(huì)產(chǎn)生額外的電流，該電流會(huì)疊加到 R1 的電流上。在這種情況下，輸出電壓達(dá)到其最小值。重要的是要記住，最小輸出電壓受參考電壓限制，不能低于此值。
　　可以通過(guò)四個(gè)步驟輕松確定這三個(gè)電阻：
　　首先，需要選擇流經(jīng)高端電阻 R1 的最小電流 (I R1,min )。極低的電流容易受噪聲影響，而極高的電流會(huì)造成不必要的損耗。典型值為 100?A，本例中也使用了該值。
　　現(xiàn)在，計(jì)算分壓器的高端電阻。
　　`R_1=(VOUT_(“min”)-VREF)/I_(R1,min)`
　　`R_1=(5.0 V-0.6 V)/(100 μA)=44.0 kΩ`
　　選擇最接近的數(shù)值 44.2 kΩ。
　　下一步是計(jì)算電阻器 R3，它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_1?I_（R1，min）)``R_3=(44.2 kΩ?3.3 V)/(12.0 V-0.6 V-44.2 kΩ100A)=20.9 kΩ`選擇最接近的 21.0 kΩ 值
　　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_(“最大值”)-R_3VREF-R1VREF)``R_2=(44.2 kΩ?21.0 kΩ?0.6 V)/(21.0 kΩ?12.0 V-21.0 kΩ0.6 V-44.2 kΩ?0.6 V)=2.62 kΩ`選擇最接近的數(shù)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。
　　圖 2：模擬電壓產(chǎn)生
　　第一種方法通常被使用，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)地方會(huì)有一個(gè)微控制器。具有脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 功能的輸出會(huì)產(chǎn)生矩形波形，該波形由低通濾波器濾波以將其轉(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)低于 PWM 信號(hào)頻率一個(gè)十倍或更少。可調(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 DAC5311 之類的 DAC。如果需要不同的可調(diào)電源軌，并且微控制器上的 PWM 輸出數(shù)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。此處的步長(zhǎng)還取決于 DAC 的分辨率。該系列數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率從 8 位（DAC5311）到 16 位（DAC8411），因此它可以滿足開(kāi)關(guān)電源可調(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，數(shù)字信號(hào)（例如微控制器的輸出）可用于直接改變電源的輸出電壓，而無(wú)需通過(guò) DAC 等繞行。其背后的想法非常簡(jiǎn)單。通過(guò)改變高側(cè)電阻（R1）或低側(cè)電阻（R2）的電阻，可以操縱輸出電壓。
　　值得注意的是，高側(cè)電阻會(huì)影響補(bǔ)償，更準(zhǔn)確地說(shuō)，會(huì)影響增益。如果改變此電阻的值，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的增益會(huì)發(fā)生變化，這會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定，并根據(jù)輸出電壓產(chǎn)生不同的行為。除此之外，由于它是浮動(dòng)的，而不是接地的，因此也不容易改變其電阻。
　　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。可以通過(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。總電阻減小，因此輸出電壓增加。使用兩位，可以設(shè)置四個(gè)不同的電壓水平。根據(jù)需求，可以添加更多步驟。　　VID接口

　　圖 3：VID 接口
　　對(duì)于這個(gè)例子，再次使用模擬方法的規(guī)范：
　　首先，需要選擇流過(guò)高端電阻 R1 的最小電流 (I R1,min )。這里也使用 100?A。
　　現(xiàn)在，計(jì)算分壓器的高端電阻。
　　`R_1=(VOUT_("min")-VREF)/I_("R1,min")`
　　`R_1=(5.0 V-0.6 V)/(100 μA)=44.0 kΩ`
　　選擇最接近的數(shù)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_1?VREF)/(VOUT_(“min”)-VREF)`
　　`R_2=(44.2 kΩ?0.6 V)/(5.0 V-0.6 V)=6.03 kΩ`選擇最接近的數(shù)值 6.04 kΩ。
　　步驟數(shù)取決于 VID 接口的位數(shù)。例如，四位 (0、1、2、3) 可啟用 16 個(gè)步驟。單個(gè)步驟使用以下公式計(jì)算。
　　`VSTEP=(VOUT_(“max”)-VOUT_(“min”))/(2^(“BITS”)-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，因此本例中計(jì)算了四次（BIT 0、1、2、3）。但僅對(duì)位 0 進(jìn)行此計(jì)算就足夠了，然后對(duì)其他三個(gè)剩余值僅使用 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 kΩ0.6 V)-1/(6.04 kΩ))=55.7 kΩ`選擇最接近的數(shù)值 56.2 kΩ。
　　通過(guò)四個(gè)可切換電阻與固定電阻 R2 并聯(lián)，輸出電壓可在 5.0V 至 12.0V 之間分 16 級(jí)設(shè)置。　　可以使用數(shù)字電位器（例如圖 4 所示的 TPL0401A-10）來(lái)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 R2 串聯(lián)，由 I2C 或 SPI 控制。該特定設(shè)備有 128 個(gè)抽頭，因此其功能類似于具有 7 位的離散 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)字模擬方法
　　第三種方法是“數(shù)字模擬”，它結(jié)合使用了上述兩種解決方案。它基于德州儀器的 LM10011V VID 可編程電流 DAC。該設(shè)備有四個(gè)邏輯輸入，其驅(qū)動(dòng)方式與數(shù)字方法中所述相同。該設(shè)備的輸出不是電壓，而是電流，它直接饋入分壓器的低側(cè)電阻 R2，如圖 5 所示。與模擬方法類似，這個(gè) 0 至 59.2A 范圍內(nèi)的可編程電流會(huì)在低側(cè)電阻上產(chǎn)生額外的電壓降，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
　　它既可以 4 位模式使用，也可以 6 位模式使用，從而分別提供 16 和 64 個(gè)步驟來(lái)調(diào)整輸出電壓。與分立設(shè)置相比，它的優(yōu)勢(shì)在于解決方案尺寸更小，并且與 TI 的 TMS320 DSP 兼容，后者可根據(jù)負(fù)載自主控制其電源電壓。
　　結(jié)論
　　通常，電源僅提供固定輸出電壓。但在某些應(yīng)用中，有必要或希望在一定范圍內(nèi)改變此電壓。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。幾乎可以使用任何信號(hào)，如 PWM、簡(jiǎn)單邏輯、SPI/I2C 或?qū)Ｓ?VID 接口。輸出電壓的變化速度主要取決于轉(zhuǎn)換器的帶寬，而較少取決于控制電路。