調(diào)整 USB Type-C 和無線充電應用中的 VOUT第一部分：使用開關(guān)電阻調(diào)節(jié) VOUT

1.前言

對于使用 USB Type-C 供電 (PD) 和無線充電的應用，充電器的輸出電壓 (V OUT ) 可能會高于或低于輸入電壓。四開關(guān)降壓-升壓穩(wěn)壓器在這些應用中很受歡迎，因為調(diào)整它們的反饋信號可以動態(tài)地改變 V OUT。

降壓-升壓穩(wěn)壓器的輸出電壓可以通過改變誤差放大器的參考電壓 (V REF ) 或通過改變反饋電壓來調(diào)整。然而，如果單片脈寬調(diào)制 (PWM) 四開關(guān)降壓-升壓控制器（例如 TI 的LM34936 和LM5176）不提供訪問 V REF的能力，那么改變反饋電壓就成為唯一的方法。

為了幫助我們設(shè)計使用具有動態(tài)輸出電壓的升降壓控制器的系統(tǒng)，在本系列中，我將討論一些使用反饋信號來調(diào)整輸出電壓的選項。第一部分將重點介紹使用開關(guān)電阻器，而第二部分則提出一種不同的方法，需要更少的組件和信號線。

2.了解 V OUT設(shè)置和反饋信號

圖 1 顯示了控制器和誤差放大器的典型 V OUT設(shè)置。通過在數(shù)據(jù)表中查找誤差放大器的 V REF，公式 1通過設(shè)置 R 1和 R 2的值來計算 V OUT：

圖 1：反饋電路和 V OUT設(shè)置

3.使用開關(guān)電阻調(diào)節(jié) V OUT

圖 2 顯示了一個簡單的選項，通過結(jié)合一個開關(guān) S 1在兩個電壓電平之間動態(tài)調(diào)整 V OUT。假設(shè)S 1是理想開關(guān)，其阻抗在關(guān)斷時為無窮大，在導通時為0 Ω。當開關(guān) S 1關(guān)閉時，R 3不在 V OUT設(shè)置的圖中，只是與公式 1 中給出的相同。為了避免在此討論中混淆，我們假設(shè)電壓為 V OUT1，如所表達的通過等式 2：

如果 S 1導通，它將使 R 3與 R 1并聯(lián)。新的輸出電壓 V OUT2將滿足公式 3：

在哪里

這導致V OUT2大于V OUT1。通過求解方程 2 和 3，我們可以確定電阻值。通過切換 S 1，我們可以在 V OUT1和 V OUT2之間切換 V OUT。

圖 2：使用開關(guān)電阻器調(diào)節(jié)V OUT

4.防止錯誤的 OVP 觸發(fā)

LM34936 和 LM5176 等一些 PWM 控制器具有內(nèi)置輸出過壓保護 (OVP)，通過監(jiān)控反饋 (FB) 引腳電壓來實現(xiàn)。如果 FB 引腳高于 V REF 10% 以上，控制器就會觸發(fā) OVP 并停止開關(guān)，直到 FB 電壓低于 OVP 閾值的滯后。由于此功能，應防止任何突然的電阻器切換，因為突然關(guān)閉 S 1會導致 FB 電壓瞬間上升并產(chǎn)生錯誤的 OVP 事件。解決方案是逐漸切換S 1，其中R 5和C 1延遲S 1的開/關(guān)命令以逐漸接合或脫離R 3。

選擇電阻電容 (RC) 延遲時間常數(shù)涉及幾個因素；RC 需要與環(huán)路響應時間以及應用指定的V OUT電平之間的轉(zhuǎn)換時間相匹配，以便在兩個電壓輸出之間實現(xiàn)正確轉(zhuǎn)換。

5.多電壓編程

添加開關(guān)電阻器支路可以設(shè)置額外的 V OUT電平。圖 3 顯示了一種使用三個開關(guān)電阻器支路來設(shè)置USB Type-C PD 應用的四個 V OUT電平的方法。

圖 3：四個 V OUT設(shè)置的三個開關(guān)電阻支路

表 1 總結(jié)了四種不同電壓的編程方案。

表 1：USB Type-C PD 的編程開關(guān)電阻器

如圖 4 所示，確保切換到不同的電阻器不會在反饋回路中觸發(fā)錯誤的 OVP 事件非常重要。為每個開關(guān)結(jié)合一個 RC 將有助于避免 OVP 事件，同時在適當?shù)臅r間切換到適當?shù)碾妷很墶?

圖 4：逐漸切換電阻以避免在動態(tài) V OUT調(diào)整期間觸發(fā) OVP 事件

結(jié)論

通過將開關(guān)和電阻器集成到反饋回路中，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以為 USD Type-C PD 和無線充電應用動態(tài)調(diào)整 V OUT。這種方法直接、簡單且易于實施。使用四開關(guān)降壓-升壓控制器時，需要控制開關(guān)的速度。