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基于LP2951創(chuàng)建通用的電壓控制穩(wěn)壓器
LP2951穩(wěn)壓器通常用于需要預(yù)設(shè)輸出電壓的應(yīng)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(nèi)提供低壓差調(diào)節(jié)。因而成為需要微功率調(diào)節(jié)器，能夠提供高達(dá)100 mA負(fù)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(jù)以下簡(jiǎn)單公式設(shè)置輸出電壓：
V OUT = V REF（1 + R1 / R2）+ I FB .R1（伏）
這里，V REF是出現(xiàn)在反饋（FB）引腳上的內(nèi)部基準(zhǔn)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(dá)式可簡(jiǎn)化為：
V OUT = V REF（1 + R1 / R2）（伏）
可以通過用可變電阻（例如微調(diào)電位器）代替固定電阻R1來調(diào)節(jié)輸出電壓。通過適當(dāng)選擇R2，這可以使V OUT在高達(dá)30V的寬電壓范圍內(nèi)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(shè)置單個(gè)穩(wěn)壓器的輸出電壓，并且需要手動(dòng)調(diào)節(jié)電位計(jì)無法提供直接的線性電子控制方法。此外，通過檢查上述方程式可以發(fā)現(xiàn)，即使R1設(shè)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)系是反比和線性的，即，增加V C會(huì)導(dǎo)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(xiàn)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(duì)“弱”的電壓（例如，從DAC或運(yùn)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)電壓來控制多個(gè)調(diào)節(jié)器，每個(gè)調(diào)節(jié)器都可以具有自己獨(dú)特的控制特性。
使用圖2中的公式計(jì)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(dāng)V C為最大值時(shí)出現(xiàn)的最低輸出電壓要求值。，（V C（max））和V OUT（max）是當(dāng)V C為零時(shí)出現(xiàn)的最高輸出電壓要求值。在計(jì)算k時(shí)，V REF可以作為其典型值（1.235V）。
圖2使用這些設(shè)計(jì)方程式來計(jì)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(jì)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(jì)算任意V C的V OUT值。
重要的是要滿足圖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(fù)。必須滿足條件2的要求，以確保等式1的分母不能為零或負(fù)。
一些示例將有助于說明設(shè)計(jì)過程。
例子1
在此示例中，我們希望使用從0到5.0V的控制電壓來生成從1.0V到10.0V的輸出電壓，即，在V C（max） = 5.0V時(shí)出現(xiàn)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)滿足條件1和2，因此我們可以使用等式1來計(jì)算k，結(jié)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(xiàn)合適的首選值為：R1 =27kΩ；R2 =5.1kΩ; R3 =15kΩ。本示例的結(jié)果取自連接至330Ω負(fù)載且輸入電壓V IN = 12.0V的測(cè)試電路（圖3）。
圖3該圖顯示了示例1的測(cè)試結(jié)果，其中R1 =27kΩ；R2 =5.1kΩ; R3 =15kΩ; V IN = 12.0V。
例子2
在這里，我們?cè)?/span>V C（max） = 2.0V時(shí)出現(xiàn)V OUT（min） = 0.25V ，而V OUT（max） = 25.0V（在V C = 0時(shí)）。滿足條件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(jié)果來自具有R LOAD =1kΩ和V IN = 26.0V 的測(cè)試電路（圖4）。
圖4此圖顯示了示例2和3的測(cè)試結(jié)果。
例子3
這里，我們要求在V C（max） = 2.0V時(shí)出現(xiàn)V OUT（min） = 0.5V ，而V OUT（max） = 12.0V（在V C = 0時(shí)）。滿足條件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(jié)果在R LOAD =1kΩ和V IN = 13.0V 的測(cè)試電路上進(jìn)行測(cè)量（圖4）。
以上所有示例均說明了控制電壓與輸出電壓之間的反比關(guān)系。隨著V C上升，趨于將FB引腳上的電壓拉高，閉環(huán)反饋迫使穩(wěn)壓器降低V OUT，以使FB上的電勢(shì)等于內(nèi)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中顯著小于）。輸出能夠低于V REF，因?yàn)檎{(diào)節(jié)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(qǐng)注意，如果調(diào)節(jié)器負(fù)載很輕和/或R1和R2的值較大，則測(cè)量的輸出電壓可能會(huì)與預(yù)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(fù)載要求所致。通過增加負(fù)載和/或通過減小R1和R2的值可以消除此問題。
示例2和3顯示了如何使用單個(gè)控制電壓來控制具有非常不同的輸出特性的兩個(gè)（或多個(gè)）調(diào)節(jié)器。該方案僅增加了一個(gè)組件，即可將傳統(tǒng)電路轉(zhuǎn)換為功能更廣泛，更靈活的穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器保留了LP2951的所有優(yōu)勢(shì)（低壓差，限流和限熱等）。