使用MAX34451进行PWM裕量调节

脉宽调制（PWM）裕量调节是一种调节电源输出电压的简单技术。本应用笔记讨论了PWM对电源输出电压噪声的影响、PWM的使能和禁用以及PWM低通滤波器的影响。本文使用MAX34451系统管理器和MAX15041评估（EV）板。

介绍

MAX34451系统管理器使用数字脉宽调制（PWM）输出来调节电源。PWM 裕量调节在闭环中执行，器件每次调整 PWM 占空比时都会测量由此产生的电源输出电压。MAX34451的PWM输出工作在312.5kHz，分辨率为8位。

本应用笔记概述了MAX34451连接至MAX15041评估（EV）板时的PWM裕量调节性能，如图1所示。进行了几项关键测试;报告结果。

组件选择和更改

MAX15041评估板上的R5电阻从45.3kΩ变为19.6kΩ，MAX15041输出电压从默认的3.3V变为1.8V。

当使用MAX34451对PWM输出电源进行裕量调节时，PWM纹波滤波器（图1中的R72）之后的串联电阻必须正确调整尺寸，以允许适当的裕量范围。如何选择合适的电阻值详见MAX34451数据资料以及下面的公式1。

脉宽调制 “R” = （VFB- 0.3）/（IFB×保证金范围× 120%）

其中 VFB是反馈节点电压和IFB是当前反馈节点。

在本应用笔记中，公式1的计算公式为：

PWM “R” 值 = （0.606 - 0.3）/（60.8μA × 5% × 120%） = 84kΩ

其中 VFB为0.606V （即MAX15041的反馈电压），IFB= 1.8V/（10kΩ + 19.6kΩ） = 60.8μA，裕量范围为±5%。

图1.PWM 裕量测试配置。

VOUT PWM 裕度的噪声

使用PWM裕量调节的主要问题之一是PWM数字脉冲对产生的电源输出电压噪声的影响。这些测试中使用的PWM低通滤波器（4.7kΩ和10nF）约为312.5kHz PWM频率的14个时间常数。图2显示了未施加裕量调节的电源输出电压噪声纹波，当电源的高裕量和低裕量为5%时。使用50mV刻度放大任何产生的纹波。如图所示，PWM低通滤波器提供的大时间常数和84kΩ串联电阻提供的大去耦导致电源输出电压增加的额外噪声非常少。

图2.V外应用和未应用PWM裕度的噪声。

VOUT启用和禁用 PWM 裕量调节时的响应

当PWM输出使能时，它从高阻抗转换到固定占空比，这是可编程的。在图3中，初始占空比设置为2Fh或47十进制。之所以选择该值，是因为MAX15041的反馈电压为0.606V，MAX34451的电源电压为3.3V （0.606V/3.3V = 0.1836 × 256 = 2Fh）。更多详情请参见MAX34451数据资料。

图3.V外启用 PWM 裕量调节时的响应。

当PWM信号使能时，PWM纹波滤波器电压接近MAX15041的标称反馈电压，即0.606V。当PWM占空比从初始值降低时，纹波电压降低，从MAX15041的反馈节点拉出电流。从反馈节点拉动电流会导致电源输出电压增加。MAX34451继续调节PWM占空比，同时持续监测电源输出电压（V外） 以获得所需的保证金水平。

图 4 显示了 V 上的结果外当从边距高状态和边距低状态禁用边距时。

图4.V外禁用 PWM 裕量时的响应。

PWM低通滤波器对VOUT的影响外上电响应

所需的PWM低通滤波器会影响具有快速（<1ms）输出电压斜坡的电源设计。图5所示为由此产生的电源输出电压（V外） 以快速斜坡过冲。在本应用笔记中，MAX15041评估板上的C7设置为10nF。当通过将C7更改为33nF来减慢电源输出电压斜坡时，可以消除过冲。

图5.V外在安装了PWM滤波器的开启期间响应。

结论

MAX34451系统管理器的PWM电源电压裕度工作有效且易于实现。只需确定单个电阻的值即可实现硬件设计。PWM信号对电源输出电压的完整性影响很小。但是，快速电源斜坡可能会出现过冲。

审核编辑：郭婷