基于LP2951创建通用(yòng)的電(diàn)压控制稳压器

2020-06-12

LP2951稳压器通常用(yòng)于需要预设输出電(diàn)压的应用(yòng)中，可(kě)以使用(yòng)两个電(diàn)阻器轻松配置该電(diàn)压。该器件可(kě)在1.235V至30V左右的宽范围输出電(diàn)压范围内提供低压差调节。因而成為(wèi)需要微功率调节器，能(néng)够提供高达100 mA负载電(diàn)流的微電(diàn)路的流行选择。

 

基本電(diàn)路配置如图1所示，其中電(diàn)阻R1和R2根据以下简单公式设置输出電(diàn)压：

V OUT = V REF（1 + R1 / R2）+ I FB .R1（伏）

这里，V REF是出现在反馈（FB）引脚上的内部基准電(diàn)压（通常為(wèi)1.235V），而I FB是流入反馈引脚的偏置電(diàn)流。通常，IFB约為(wèi)20 nA，因此，如果R1不太大，则可(kě)以忽略IFB引起的误差，并且输出電(diàn)压的表达式可(kě)简化為(wèi)：

V OUT = V REF（1 + R1 / R2）（伏）

可(kě)以通过用(yòng)可(kě)变電(diàn)阻（例如微调電(diàn)位器）代替固定電(diàn)阻R1来调节输出電(diàn)压。通过适当选择R2，这可(kě)以使V OUT在高达30V的宽電(diàn)压范围内变化。尽管这种方法具有(yǒu)灵活性，但仍存在局限性：特别是，它只能(néng)用(yòng)于设置单个稳压器的输出電(diàn)压，并且需要手动调节電(diàn)位计无法提供直接的線(xiàn)性電(diàn)子控制方法。此外，通过检查上述方程式可(kě)以发现，即使R1设置為(wèi)零，V OUT也不能(néng)小(xiǎo)于V REF（1.235V）。

但是，仅添加一个额外的電(diàn)阻器R3，就可(kě)以直接由DC電(diàn)压V C控制输出電(diàn)压（图1）。V OUT和V C之间的关系是反比和線(xiàn)性的，即，增加V C会导致V OUT成比例地下降。在一定条件下，几乎可(kě)以建立任何关系。此外，还有(yǒu)一个额外的好处，就是V OUT现在可(kě)以摆幅低于 V REF。实际上，这种方法允许V OUT接近地（0V）。

这种简单的方案使相对“弱”的電(diàn)压（例如，从DAC或运算放大器获得）可(kě)以控制更高的電(diàn)压和功率水平。它还允许一个電(diàn)压来控制多(duō)个调节器，每个调节器都可(kě)以具有(yǒu)自己独特的控制特性。

使用(yòng)图2中的公式计算生成所需V OUT与V C关系所需的R1，R2和R3值，其中V OUT（min）是当V C為(wèi)最大值时出现的最低输出電(diàn)压要求值。，（V C（max））和V OUT（max）是当V C為(wèi)零时出现的最高输出電(diàn)压要求值。在计算k时，V REF可(kě)以作為(wèi)其典型值（1.235V）。

 

图2使用(yòng)这些设计方程式来计算生成所需的V OUT与V C关系所需的R1，R2和R3值。

使用(yòng)公式1 确定k后，為(wèi)R3选择一个首选值，然后使用(yòng)公式2和3分(fēn)别计算R1和R2的值。為(wèi)了获得R1和R2的合适的首选值，可(kě)能(néng)需要尝试几个不同的R3值。选择R1，R2和R3的值后，可(kě)以使用(yòng)公式4计算任意V C的V OUT值。

重要的是要满足图2所示的条件。第一个条件要求V OUT的最大值必须大于V REF。必须确保等式2的分(fēn)子不能(néng)為(wèi)负。必须满足条件2的要求，以确保等式1的分(fēn)母不能(néng)為(wèi)零或负。

一些示例将有(yǒu)助于说明设计过程。

例子1

在此示例中，我们希望使用(yòng)从0到5.0V的控制電(diàn)压来生成从1.0V到10.0V的输出電(diàn)压，即，在V C（max） = 5.0V时出现的V OUT（min） = 1.0V ，并且V OUT（max） = 10.0V（在V C = 0 时发生）。

同时满足条件1和2，因此我们可(kě)以使用(yòng)等式1来计算k，结果為(wèi)0.34。将这个值插入等式2和3并尝试不同的R3值，我们发现合适的首选值為(wèi)：R1 =27kΩ；R2 =5.1kΩ; R3 =15kΩ。本示例的结果取自连接至330Ω负载且输入電(diàn)压V IN = 12.0V的测试電(diàn)路（图3）。

 

图3该图显示了示例1的测试结果，其中R1 =27kΩ；R2 =5.1kΩ; R3 =15kΩ; V IN = 12.0V。

例子2

在这里，我们在V C（max） = 2.0V时出现V OUT（min） = 0.25V ，而V OUT（max） = 25.0V（在V C = 0时）。满足条件1和2时，方程1得出k的值為(wèi)1.80 。将该值代入方程式2和3可(kě)得出合适的优选值：R1 =240kΩ+7.5kΩ；R2 =36kΩ; R3 =20kΩ。结果来自具有(yǒu)R LOAD =1kΩ和V IN = 26.0V 的测试電(diàn)路（图4）。

 

图4此图显示了示例2和3的测试结果。

例子3

这里，我们要求在V C（max） = 2.0V时出现V OUT（min） = 0.5V ，而V OUT（max） = 12.0V（在V C = 0时）。满足条件1和2，方程1得出k值為(wèi)1.94 。将该值插入方程式2和3得出：R1 =270kΩ，R3 =47kΩ时R2 =91kΩ。结果在R LOAD =1kΩ和V IN = 13.0V 的测试電(diàn)路上进行测量（图4）。

以上所有(yǒu)示例均说明了控制電(diàn)压与输出電(diàn)压之间的反比关系。随着V C上升，趋于将FB引脚上的電(diàn)压拉高，闭环反馈迫使稳压器降低V OUT，以使FB上的電(diàn)势等于内部参考電(diàn)压V REF。此外，在每个示例中，V OUT（min）小(xiǎo)于V REF（在示例2中显着小(xiǎo)于）。输出能(néng)够低于V REF，因為(wèi)调节器必须将其输出拉至零，以使FB引脚上的電(diàn)压在V C升至最大值时保持等于V REF。

请注意，如果调节器负载很(hěn)轻和/或R1和R2的值较大，则测量的输出電(diàn)压可(kě)能(néng)会与预期值不同，尤其是在V OUT的低電(diàn)平时。这似乎是由于LP2951的最低负载要求所致。通过增加负载和/或通过减小(xiǎo)R1和R2的值可(kě)以消除此问题。

示例2和3显示了如何使用(yòng)单个控制電(diàn)压来控制具有(yǒu)非常不同的输出特性的两个（或多(duō)个）调节器。该方案仅增加了一个组件，即可(kě)将传统電(diàn)路转换為(wèi)功能(néng)更广泛，更灵活的稳压器，该稳压器保留了LP2951的所有(yǒu)优势（低压差，限流和限热等）。