Муфты электромонтажные от производителя Fucon

Универсальный линейный регулятор на основе LP2951, управляемый напряжением

Microchip LP2951

Линейный регулятор напряжения LP2951 обычно используется в приложениях, требующих заданного выходного напряжения, которое можно легко установить с помощью двух резисторов. Устройство обеспечивает стабилизацию при малом падении напряжения на проходном транзисторе в широком диапазоне выходных напряжений от 1.235 В до примерно 30 В. Благодаря низкой цене и доступности у нескольких производителей (включая MaxLinear, Microchip, ON Semiconductor и Texas Instruments), прибор стал популярным выбором для схем, которым необходим микромощный регулятор, способный отдавать в нагрузку ток до 100 мА.

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Обычную схему можно превратить в гораздо более универсальный и гибкий регулятор напряжения.
Рисунок 1. Обычную схему можно превратить в гораздо более универсальный
и гибкий регулятор напряжения.

Принципиальная схема показана на Рисунке 1, где резисторы R1 и R2 задают выходное напряжение в соответствии со следующей простой формулой:

Здесь

VREF – напряжение внутреннего опорного источника (типовое значение 1.235 В) на выводе обратной связи FB,
IFB – ток, входящий в вывод обратной связи.

Обычно IFB имеет порядок 20 нА, поэтому при условии, что сопротивление R1 не слишком велико, ошибкой, вносимой IFB, можно пренебречь, и выражение для выходного напряжения упрощается до:

Выходное напряжение можно регулировать, если постоянный резистор R1 заменить переменным сопротивлением, например подстроечным резистором. При соответствующем выборе сопротивления резистора R2 это позволит изменять выходное напряжение VOUT в широком диапазоне, вплоть до максимального значения около 30 В. Несмотря на свою гибкость, этот подход имеет ограничения. В частности, его можно использовать для установки выходного напряжения только одного регулятора, а необходимость ручной регулировки потенциометра не дает возможности прямого линейного электронного управления. Кроме того, из приведенной выше формулы следует, что даже при нулевом сопротивлении R1 выходное напряжение VOUT не может быть меньше, чем VREF (1.235 В).

Однако добавление всего одного дополнительного резистора R3 позволяет напрямую управлять выходным напряжением с помощью постоянного напряжения VC (Рисунок 1). Зависимость между VOUT и VC является обратной и линейной, т.е. с увеличением VC пропорционально уменьшается VOUT. При соблюдении определенных условий эту зависимость можно установить практически любой. Более того, есть дополнительный бонус, заключающийся в том, что теперь VOUT может опускаться ниже VREF. Фактически, этот метод позволяет напряжению VOUT приближаться к уровню земли (0 В).

Эта схема позволяет относительно «слабому» напряжению (например, получаемому с выхода ЦАП или операционного усилителя) управлять гораздо более высокими уровнями напряжения и мощности. Она также позволяет с помощью одного напряжения управлять несколькими регуляторами, каждый из которых может иметь свою уникальную характеристику управления.

Сопротивления резисторов R1, R2 и R3, необходимые для задания требуемой зависимости VOUT от VC, рассчитываются с использованием формул на Рисунке 2, где VOUT(MIN) – наименьшее требуемое выходное напряжение, которое должно установиться при максимальном значении VC (VC( MAX)), и VOUT(MAX) – максимальное требуемое выходное напряжение, соответствующее управляющему напряжению VC, равному нулю. При расчете k за величину опорного напряжения VREF можно принять его типовое значение 1.235 В.

Формулы:
  (1)
  (2)
  (3)
  (4)
Условия:
  (1)
  (2)
     
Рисунок 2. Эти формулы используются для расчета значений R1, R2 и R3, необходимых
для получения желаемой зависимости VOUT от VC.

Определив k с помощью формулы (1), выбираем стандартный номинал R3, а затем, используя формулы (2) и (3), вычисляем сопротивления R1 и R2, соответственно. Чтобы получить подходящие стандартные номиналы для R1 и R2, возможно, потребуется рассмотреть несколько различных значений сопротивления R3. После того, как номиналы R1, R2 и R3 определены, величину выходного напряжения VOUT для любого значения VC можно рассчитать с помощью формулы (4).

Важно выполнить условия, показанные на Рисунке 2. Первое условие требует, чтобы максимальное напряжение VOUT было больше, чем VREF. Это необходимо для того, чтобы числитель формулы (2) не мог быть отрицательным. Выполнение требований условия (2) дают гарантию, что знаменатель формулы (1) не будет нулевым или отрицательным.

Несколько примеров помогут проиллюстрировать процесс проектирования.

Пример 1

В этом примере мы хотим получить выходное напряжение в диапазоне от 1.0 В до 10 В, используя управляющее напряжение от нуля до 5.0 В, то есть, VOUT(MIN) = 1.0 В при VC(MAX) = 5.0 В и VOUT(MAX) = 10.0 В при VC = 0.

Условия (1) и (2) выполняются, поэтому мы можем использовать формулу (1) для вычисления k, которое оказывается равным 0.34. Подставив это значение в формулы (2) и (3) и поэкспериментировав с различными сопротивлениями R3, мы находим, что подходящими стандартными номиналами являются R1 = 27 кОм, R2 = 5.1 кОм и R3 = 15 кОм. Результаты для этого примера взяты из тестовой схемы с входным напряжением VIN = 12.0 В, подключенной к нагрузке 330 Ом (Рисунок 3).

Результаты испытаний для примера 1, где R1 = 27 кОм, R2 = 5.1 кОм, R3 = 15 кОм и VIN = 12.0 В.
Рисунок 3. Результаты испытаний для примера 1, где R1 = 27 кОм,
R2 = 5.1 кОм, R3 = 15 кОм и VIN = 12.0 В.

Пример 2

Здесь нам нужно получить VOUT(MIN) = 0.25 В при VC(MAX) = 2.0 В и VOUT(MAX) = 25.0 В при VC = 0. При выполнении условий (1) и (2) формула (1) дает значение k = 1.80. Подстановка этого значения в формулы (2) и (3) дает подходящие стандартные номиналы R1 = 240 кОм + 7.5 кОм, R2 = 36 кОм и R3 = 20 кОм. Результаты для этого примера взяты из тестовой схемы при сопротивлении нагрузки RLOAD = 1 кОм и VIN = 26.0 В (Рисунок 4).

Пример 3

В этом примере мы хотим, чтобы VOUT(MIN) = 0.5 В при VC(MAX) = 2.0 В и VOUT(MAX) = 12.0 В при VC = 0. Оба условия (1) и (2) выполняются, и формула (1) дает значение k = 1.94. Подстановка этого значения в формулы (2) и (3) дает R1 = 270 кОм и R2 = 91 кОм при R3 = 47 кОм. Результаты были измерены на тестовой схеме при RLOAD = 1 кОм и VIN = 13.0 В (Рисунок 4).

Результаты испытаний для примеров 2 и 3.
Рисунок 4. Результаты испытаний для примеров 2 и 3.

Все приведенные выше примеры иллюстрируют обратную зависимость между управляющим напряжением и выходным напряжением. По мере того, как напряжение VC увеличивается, увеличивается напряжение на выводе FB, и цепь обратной связи заставляет регулятор уменьшать VOUT, чтобы поддерживать потенциал вывода FB, равным внутреннему опорному напряжению VREF. Кроме того, в каждом примере VOUT(MIN) меньше, чем VREF (а в примере 2 значительно меньше). Выходное напряжение может быть ниже VREF, поскольку при увеличении VC до максимального значения регулятор должен подтягивать свой выход к нулю, чтобы удерживать напряжение на выводе FB равным VREF.

Имейте в виду, что при очень легкой нагрузке регулятора и/или при относительно больших сопротивлениях R1 и R2 измеренное выходное напряжение может отличаться от ожидаемого значения, особенно при низких уровнях VOUT. По-видимому, это связано с требованиями к минимальной нагрузке LP2951. Эту проблему можно решить, увеличив ток нагрузки и/или уменьшив сопротивления R1 и R2.

Примеры 2 и 3 показывают, что одно управляющее напряжение можно использовать для контроля двух (или более) регуляторов, имеющих очень разные выходные характеристики. С добавлением всего одного компонента обычная схема превращается в гораздо более универсальный и гибкий регулятор напряжения, сохраняющий все преимущества (малое падение напряжения, ограничение тока, защита от перегрева и т. д.) микросхемы LP2951.

Материалы по теме

  1. Datasheet Microchip LP2951

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Create a Versatile Voltage-Controlled Voltage Regulator Based on the LP2951

71 предложений от 34 поставщиков
Регулируемый стабилизатор с низким падением напряжения положительной полярности, 3.3 В, 0.1 А
LP2951-50DRGR
Texas Instruments
от 103 ₽
Akcel
Весь мир
LP2951CMMX-3.0
Rochester Electronics
от 3.06 ₽
ЭК ЗИП
Россия
LP2951-33DR
Texas Instruments
от 32 ₽
ЗУМ-СМД
Россия
LP2951-33DRGR
Texas Instruments
156 ₽
Электронные компоненты. Бесплатная доставка по России
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя