适用于 USB Type-C™ 应用的 PWM 控制输出调整

消费类应用通常需要电源来支持不同工作条件下的可调输出电压，例如 USB Type-C™。这种需求导致需要一种简单有效的方法来调整输出电压。有多种方法可以与集成电路 (IC) 上的反馈 (FB) 引脚交互以设置所需的输出。

一种方法是在 FB 引脚上添加一个微调电阻器，并在 FB 引脚的电阻分压器上施加电压以提供或吸收额外的电流。

另一种方法是使用 I 2 C 总线对信号进行编程以与 FB 引脚交互。但是如果可变电压源或 I 2C总线不可用？在这篇文章中，我将展示如何使用简单的电阻电容 (RC) 低通滤波器、微调电阻和来自微控制器单元 (MCU) 的脉宽调制 (PWM) 信号来调整输出电压。

图 1 显示了这种方法的电路图。

图 1：PWM 注入电路

RC 低通滤波器将根据占空比平均 PWM 信号。图 2 中电路的戴维南等效电路和滤波电容器将产生时间常数，该常数决定了注入 FB 引脚的信号的压摆率。公式 1 显示了计算：

图 2：戴维南等效电路

由于添加的 RC 滤波器在整个控制回路中引入了一个极点和零对，因此我们在选择 RC 滤波器时需要小心。再看图 1，在低频下，当 C低通打开时，R注入和 R低通之和与 R fbb平行。当C的低通以高频短路，只有ř注入是在有R平行FBB。因此，选择 R低通远小于 R注入将确保极点和零对彼此靠近，并将对控制器控制回路的影响降至最低。

戴维南定理指出，等效二端网络的电动势E等于二端网络开路时的电压，它的串联内阻抗等于网络内部各独立源和电容电压、电感电流都为零时，从这二端看向网络的阻抗Zi。设二端网络N中含有独立电源和线性时不变二端元件（电阻器、电感器、电容器），这些元件之间可以有耦合，即可以有受控源及互感耦合；网络N的两端ɑ、b接有负载阻抗Z（s），但负载与网络N内部诸元件之间没有耦合，U（s）=I（s）/Z（s）。

公式 2、3 和 4 分别计算了如何最好地选择注入、顶部和底部 FB 电阻器：

公式 3 对应于最小输出电压，公式 4 对应于最大输出电压。

例如，如果可用的 3.3V PWM 信号的占空比从 6% 变化到 94%，我们将选择 49.9kΩ 顶部 FB 电阻器和 1kΩ R低通以实现 1V 至 10V 输出，并且我们的控制器的 FB 电压将为 0.8V。公式 5 和 6 显示了 R fbb和 R inject的计算：

将公式 5 和 6 设置为相等，当分别为 R注入和 R fbb选择标准值 15.4kΩ 和 5.36kΩ 时，R adj产生 16.47kΩ 和 R fbb产生 5.41kΩ 。

如果大量纹波注入 FB 引脚，控制器的占空比将受到干扰；因此，在选择低通滤波器的电容时需要小心。

作为一个好的设计实践，在 FB 引脚电压上保持低于 1% 的纹波——少得多。例如，开关频率 (F sw ) 为 200kHz，使用 1MHz 的 PWM，RC 时间常数为 1ms。这将最大限度地减少出现在输出电压上的任何拍频分量。R低通和C低通将主导时间常数，因为FB 分压器侧的电阻具有比R低通高得多的阻抗。