基于LP2951創(chuàng )建通用的電壓控制穩壓器

2020-06-12

LP2951穩壓器通常用于需要預設輸出電壓的應用中，可以使用兩個(gè)電阻器輕松配置該電壓。該器件可在1.235V至30V左右的寬范圍輸出電壓范圍內提供低壓差調節。因而成為需要微功率調節器，能夠提供高達100 mA負載電流的微電路的流行選擇。

 

基本電路配置如圖1所示，其中電阻R1和R2根據以下簡(jiǎn)單公式設置輸出電壓：

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

這里，V REF是出現在反饋（FB）引腳上的內部基準電壓（通常為1.235V），而I FB是流入反饋引腳的偏置電流。通常，IFB約為20 nA，因此，如果R1不太大，則可以忽略IFB引起的誤差，并且輸出電壓的表達式可簡(jiǎn)化為：

V OUT = V REF（1 + R1 / R2）（伏）

可以通過(guò)用可變電阻（例如微調電位器）代替固定電阻R1來(lái)調節輸出電壓。通過(guò)適當選擇R2，這可以使V OUT在高達30V的寬電壓范圍內變化。盡管這種方法具有靈活性，但仍存在局限性：特別是，它只能用于設置單個(gè)穩壓器的輸出電壓，并且需要手動(dòng)調節電位計無(wú)法提供直接的線(xiàn)性電子控制方法。此外，通過(guò)檢查上述方程式可以發(fā)現，即使R1設置為零，V OUT也不能小于V REF（1.235V）。

但是，僅添加一個(gè)額外的電阻器R3，就可以直接由DC電壓V C控制輸出電壓（圖1）。V OUT和V C之間的關(guān)系是反比和線(xiàn)性的，即，增加V C會(huì )導致V OUT成比例地下降。在一定條件下，幾乎可以建立任何關(guān)系。此外，還有一個(gè)額外的好處，就是V OUT現在可以擺幅低于 V REF。實(shí)際上，這種方法允許V OUT接近地（0V）。

這種簡(jiǎn)單的方案使相對“弱”的電壓（例如，從DAC或運算放大器獲得）可以控制更高的電壓和功率水平。它還允許一個(gè)電壓來(lái)控制多個(gè)調節器，每個(gè)調節器都可以具有自己獨特的控制特性。

使用圖2中的公式計算生成所需V OUT與V C關(guān)系所需的R1，R2和R3值，其中V OUT（min）是當V C為最大值時(shí)出現的最低輸出電壓要求值。，（V C（max））和V OUT（max）是當V C為零時(shí)出現的最高輸出電壓要求值。在計算k時(shí)，V REF可以作為其典型值（1.235V）。

 

圖2使用這些設計方程式來(lái)計算生成所需的V OUT與V C關(guān)系所需的R1，R2和R3值。

使用公式1 確定k后，為R3選擇一個(gè)首選值，然后使用公式2和3分別計算R1和R2的值。為了獲得R1和R2的合適的首選值，可能需要嘗試幾個(gè)不同的R3值。選擇R1，R2和R3的值后，可以使用公式4計算任意V C的V OUT值。

重要的是要滿(mǎn)足圖2所示的條件。第一個(gè)條件要求V OUT的最大值必須大于V REF。必須確保等式2的分子不能為負。必須滿(mǎn)足條件2的要求，以確保等式1的分母不能為零或負。

一些示例將有助于說(shuō)明設計過(guò)程。

例子1

在此示例中，我們希望使用從0到5.0V的控制電壓來(lái)生成從1.0V到10.0V的輸出電壓，即，在V C（max） = 5.0V時(shí)出現的V OUT（min） = 1.0V ，并且V OUT（max） = 10.0V（在V C = 0 時(shí)發(fā)生）。

同時(shí)滿(mǎn)足條件1和2，因此我們可以使用等式1來(lái)計算k，結果為0.34。將這個(gè)值插入等式2和3并嘗試不同的R3值，我們發(fā)現合適的首選值為：R1 =27kΩ；R2 =5.1kΩ; R3 =15kΩ。本示例的結果取自連接至330Ω負載且輸入電壓V IN = 12.0V的測試電路（圖3）。

 

圖3該圖顯示了示例1的測試結果，其中R1 =27kΩ；R2 =5.1kΩ; R3 =15kΩ; V IN = 12.0V。

例子2

在這里，我們在V C（max） = 2.0V時(shí)出現V OUT（min） = 0.25V ，而V OUT（max） = 25.0V（在V C = 0時(shí)）。滿(mǎn)足條件1和2時(shí)，方程1得出k的值為1.80 。將該值代入方程式2和3可得出合適的優(yōu)選值：R1 =240kΩ+7.5kΩ；R2 =36kΩ; R3 =20kΩ。結果來(lái)自具有R LOAD =1kΩ和V IN = 26.0V 的測試電路（圖4）。

 

圖4此圖顯示了示例2和3的測試結果。

例子3

這里，我們要求在V C（max） = 2.0V時(shí)出現V OUT（min） = 0.5V ，而V OUT（max） = 12.0V（在V C = 0時(shí)）。滿(mǎn)足條件1和2，方程1得出k值為1.94 。將該值插入方程式2和3得出：R1 =270kΩ，R3 =47kΩ時(shí)R2 =91kΩ。結果在R LOAD =1kΩ和V IN = 13.0V 的測試電路上進(jìn)行測量（圖4）。

以上所有示例均說(shuō)明了控制電壓與輸出電壓之間的反比關(guān)系。隨著(zhù)V C上升，趨于將FB引腳上的電壓拉高，閉環(huán)反饋迫使穩壓器降低V OUT，以使FB上的電勢等于內部參考電壓V REF。此外，在每個(gè)示例中，V OUT（min）小于V REF（在示例2中顯著(zhù)小于）。輸出能夠低于V REF，因為調節器必須將其輸出拉至零，以使FB引腳上的電壓在V C升至最大值時(shí)保持等于V REF。

請注意，如果調節器負載很輕和/或R1和R2的值較大，則測量的輸出電壓可能會(huì )與預期值不同，尤其是在V OUT的低電平時(shí)。這似乎是由于LP2951的最低負載要求所致。通過(guò)增加負載和/或通過(guò)減小R1和R2的值可以消除此問(wèn)題。

示例2和3顯示了如何使用單個(gè)控制電壓來(lái)控制具有非常不同的輸出特性的兩個(gè)（或多個(gè)）調節器。該方案僅增加了一個(gè)組件，即可將傳統電路轉換為功能更廣泛，更靈活的穩壓器，該穩壓器保留了LP2951的所有優(yōu)勢（低壓差，限流和限熱等）。