基于LP2951创建通用的电压控制稳压器

2020-06-12

LP2951稳压器通常用于需要预设输出电压的应用中，可以使用两个电阻器轻松配置该电压。该器件可在1.235V至30V左右的宽范围输出电压范围内提供低压差调节。因而成为需要微功率调节器，能够提供高达100 mA负载电流的微电路的流行选择。

 

基本电路配置如图1所示，其中电阻R1和R2根据以下简单公式设置输出电压：

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

这里，V REF是出现在反馈（FB）引脚上的内部基准电压（通常为1.235V），而I FB是流入反馈引脚的偏置电流。通常，IFB约为20 nA，因此，如果R1不太大，则可以忽略IFB引起的误差，并且输出电压的表达式可简化为：

V OUT = V REF（1 + R1 / R2）（伏）

可以通过用可变电阻（例如微调电位器）代替固定电阻R1来调节输出电压。通过适当选择R2，这可以使V OUT在高达30V的宽电压范围内变化。尽管这种方法具有灵活性，但仍存在局限性：特别是，它只能用于设置单个稳压器的输出电压，并且需要手动调节电位计无法提供直接的线性电子控制方法。此外，通过检查上述方程式可以发现，即使R1设置为零，V OUT也不能小于V REF（1.235V）。

但是，仅添加一个额外的电阻器R3，就可以直接由DC电压V C控制输出电压（图1）。V OUT和V C之间的关系是反比和线性的，即，增加V C会导致V OUT成比例地下降。在一定条件下，几乎可以建立任何关系。此外，还有一个额外的好处，就是V OUT现在可以摆幅低于 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”的电压（例如，从DAC或运算放大器获得）可以控制更高的电压和功率水平。它还允许一个电压来控制多个调节器，每个调节器都可以具有自己独特的控制特性。

使用图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为最大值时出现的最低输出电压要求值。，（V C（max））和V OUT（max）是当V C为零时出现的最高输出电压要求值。在计算k时，V REF可以作为其典型值（1.235V）。

 

图2使用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。

使用公式1 确定k后，为R3选择一个首选值，然后使用公式2和3分别计算R1和R2的值。为了获得R1和R2的合适的首选值，可能需要尝试几个不同的R3值。选择R1，R2和R3的值后，可以使用公式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的分子不能为负。必须满足条件2的要求，以确保等式1的分母不能为零或负。

一些示例将有助于说明设计过程。

例子1

在此示例中，我们希望使用从0到5.0V的控制电压来生成从1.0V到10.0V的输出电压，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，因此我们可以使用等式1来计算k，结果为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为：R1 =27kΩ；R2 =5.1kΩ; R3 =15kΩ。本示例的结果取自连接至330Ω负载且输入电压V IN = 12.0V的测试电路（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的值为1.80 。将该值代入方程式2和3可得出合适的优选值：R1 =240kΩ+7.5kΩ；R2 =36kΩ; R3 =20kΩ。结果来自具有R LOAD =1kΩ和V IN = 26.0V 的测试电路（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值为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 的测试电路上进行测量（图4）。

以上所有示例均说明了控制电压与输出电压之间的反比关系。随着V C上升，趋于将FB引脚上的电压拉高，闭环反馈迫使稳压器降低V OUT，以使FB上的电势等于内部参考电压V REF。此外，在每个示例中，V OUT（min）小于V REF（在示例2中显着小于）。输出能够低于V REF，因为调节器必须将其输出拉至零，以使FB引脚上的电压在V C升至最大值时保持等于V REF。

请注意，如果调节器负载很轻和/或R1和R2的值较大，则测量的输出电压可能会与预期值不同，尤其是在V OUT的低电平时。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R1和R2的值可以消除此问题。

示例2和3显示了如何使用单个控制电压来控制具有非常不同的输出特性的两个（或多个）调节器。该方案仅增加了一个组件，即可将传统电路转换为功能更广泛，更灵活的稳压器，该稳压器保留了LP2951的所有优势（低压差，限流和限热等）。