概要
　　该项目的目标是设计一个高效电源系统，其输出电压(VOUT)可以数字调节。为了保证输出电压的精确性，采用数字闭环控制，用于修正失调、漂移和负载变化(最大至600mA)的影响。电路包括输出可调的降压型控制器、ADC与DAC、电压基准以及一个微控制器(MCU)。
　　在大多数DC-DC转换器中，位于FB引脚上的电阻网络可以调整转换器的输出电压(见图1)。在本文电路中，利用DAC输出电压(VDAC)改变电阻网路的基准电压，达到调整转换器输出(VOUT)的目的。ADC检测输出电压，并将结果送入微处理器。微处理器调整DAC输出，以控制系统输出电压达到预定值。为使电路尽可能简单www.cechina.cn，预设输出电压通过PC的串行通信口(RS-232)送入微处理器。这个系统在一些需要精确控制供电电压的嵌入式系统中非常有用。例如为ASIC、DSP或者MCU供电的电源，电源电压对应于处理器的工作速率。将供电电压调整到工作速率对应的最小电压，可以降低处理器功耗。

　　图1

　　电路所需器件和开发工具
　　系统的主电源选择低静态电流、输出1.25V~5.5V可调的降压型调节

器MAX1692www.cechina.cn，它可以提供最大600mA的电流。MAX1692评估板提供了一个经过验证的电路布局和推荐输入电容、输出电容和电感量。MAX1692反馈引脚电阻网络的偏置由低功耗、12位DAC提供，MAX5302可以提供2.5mA的负载驱动。DAC基准电压为2.5V。电压调节器输出电压由低功耗、12位ADC(MAX1286)读取， MAX1286能自动关断，可以在转换之间减少电源消耗。ADC基准由高精度5V电压基准MAX6126 提供。ADC和DAC均采用SPI口通信。高精度电压基准包括输出检测和地检测引脚，将其连接到ADC的基准和地引脚。这样可以保证ADC具有最高准度的基准电压。

 

　　图2 供电系统的模拟部分产生一路负载可达600mA、1.25V~5V可调的高准确度输出电压

　　微处理器选择高速的8051兼容微处理器DS89C420，使用32MHz晶体。该微处理器的绝大多数指令为单指令周期，可以运行在32MIPS。处理器可以由J1口在线编程(见图3)。DS89C420/430/440/450系列用户手册介绍了如何通过PC串行通信口，利用微软的超级终端(HyperTermina)下载固件。处理器固件用C编写并可使用免费的Sourceforge Small Devices C编译器(SDCC)编译。

CONTROL ENGINEERING China版权所有，J1提供MCU的在线编程。 hspace="0" src="http://www.cechina.cn/upload/article/5cec8dab-08a4-475d-9f43-26f84e9dda8b/3.jpg" width="400" border="0">

　　图3 供电系统的数字部分需要一个稳定的5V电源(与模拟部分共用)，数字部分通过逐位控制的SPI接口与DAC、ADC通信。串行收发器(U8)从PC接收VOUT设定值CONTROL ENGINEERING China版权所有，J1提供MCU的在线编程。

　　模拟电路设计
　　为计算电阻网络中的R1、R2和R3 (见图2)，先假设流入FB引脚的电流(IFB)可以忽略(MAX1692规格表给出的最大值为50nA)，设R2为49.9kΩ。FB引脚电压为1.25V，电流I2为25mA，远高于50nA，证明忽略IFB的决定是正确的。最后，计算R1和R2：
　　(1)
　　DAC输出电压(VDAC)为最大值2.5V时，降压调节器的输出(VOUT)应该为最小值1.25V。代入式1：
　　第一项为零CONTROL ENGINEERING China版权所有，得到R3为50 kΩ。当VDAC 为最小值0V时, VOUT 应该为最大值5V。代入式1 ：
　　得到R1值为75kΩ。
　　ADC采集VOUT并将其通过SPI接口传送给MCU，形成闭环数字控制。
　　数字电路设计
　　DAC和ADC由逐位控制的SPI总线和MCU通信。MCU是主器件，而DAC和ADC是从器件。MCU的5个引脚分别作为SCLK、MOSI、MISO、CSADC(ADC片选)、CSDAC(DAC片选)。总线上的器件共用SCLK，为达到最高通信速度，使用32MHz的晶体供给MCU系统时钟。MCU通过PC串口接收VOUT值。MAX3311是RS-232收发器www.cechina.cn，将RS-232电平转为TTL/COMS电平。
　　布局考虑
　　使用宽的引线连接所有无源器件(旁路电容、补偿电容、输入电容、输出电容和电感)与降压转换器。这些元件和FB引脚的电阻网络应尽可能靠近降压转换器，以减小PCB引线电阻和噪声干扰。降压转换器处需要大面积的覆铜，以降低IC在重负载下的工作温度。可以参考MAX1692评估板。为保持信号完整性，必须尽可能将模拟信号线和数字信号线隔离开。将DAC和ADC靠近降压器放置，用短线连接所有模拟信号。数字信号在另一方向连接到MCU。尽可能将电压基准靠近ADC，提供电压基准的电压反馈线用较短的隔离线连接到ADC的REF 和GND引脚，以保证ADC的转换精度。
　　必须确保MCU下方没有高速信号线。同