基于数字电位器的可编程稳压器设计
发表时间: 2024-07-01 18:21:11 作者: 行业新闻
可调式线性稳压器和开关式稳压器都是通过手动调节电阻值来改变输出电压的,不仅调节精度低,而且使用不够方便。(Digital Polentiometer)亦称数控电阻器(Digitally con-trolLED Potentiometers),可简称为DCP。利用
三端可调式线性稳压器属于第二代二端线性稳压器。它既保留了第一代三端同定式线系列新产品结构相对比较简单的优点,又克服了电压不可调整的缺点,并且在电压稳定度上比前者提高了一个数量级。适合制作实验室电源及多种供电方式的直流稳压器。典型产品有LM317,其主要技术指标为U1=2~40V,Uo=1.25~37 V,IOM=1.5A。其电压调整率SV=0.02%,负载调整率S1=O.1%。
调整R2时均可获得1.25~37V的稳压输出。C2可滤除R2两端的纹波,使之不能经放大后从Uo端输出。D2为保护二极管,一旦U1发生短路故障,由D2给C2提供泄放回路,避免C2经过LM317内部放电而损坏芯片。C1能防止输出端产生自激振荡。当稳压器的输出端接大容量负载电容CL时,D1可起到保护作用,一旦稳压器的输入端发生短路,CL上积存的电荷便经过D1对地放电。输出电压的计算公式为
由数字电位器和TM317联合构成可编程线种电路设计的具体方案。第一种方案是用数字电位器(DCP)来代替图1中的R2,电路如图2(a)所示。此时DCP就作为LM317的调整电阻,DCP工作在可调电阻器模式。设调整后的电阻值为RDCP,单片机通过改变RDCF值,即可设定稳压器的输出电压。第二种方案是用RDCP同时代替R1、R2,这样可节省一只电阻元件,其简化电路如图2(b)所示,别的部分与图2(a)相同。第三种方案是将数字电位器串联在R1、R2中间,简化电路如图 2(c)所示,该电路适合在小范围内对输出电压进行精细调节。
(1)稳压器的电压调节范围 在用数字电位器代替可变电阻时,线性稳压器的调节范围会变窄。普通数字电位器的电源电压范围一般为2.5~5.5 V(或3~6V),典型值为5 V,因此RDCP上的压降不允许超出5 V,此时Uo的调整范围就被限制在l.25~6.25V。如果RDCP上的压降超过5V,就一定要采用高压数字电位器,例如MAX5436~MAX5439均属于高压数字电位器。其最高电压可达30V。当输入电捱U1=+25V、R1=240、RDCP=0~398k时,输出电压Uo可在+1.25~22v范围内变化。
(2)稳压器的空载稳压特性 由数字电位器构成可编程线性稳压器时,应考虑LM317的空载稳压特性。为使LM317达到最佳稳压性能,空载时的最小负载电流至少应等于5 mA。因此,应选择最大工作电流为5 mA的数字电位器,例如X9313WP型32抽头数字电位器。数宁电位器的阻值选10k为宜,从中很容易获得RDCF=6.8k的电阻调整范围。数字电位器的抽头数应根据所要求的电压分辨力来选择。普通数字电位器的最大工作电流一般仪为1 mA,没办法承受5 mA的工作电流。这就要求必须按比例增加RDCP的电阻值,但这会使稳压性能降低。其理由如下:LM317的静态电流IADJ=50A,在一般的情况下取IL=5mA时,IADJ在RDCP上形成的压降URDCP=IADJRDCP。将RDCP调整到1.008 k时,U。=6.5V,此时URDCP=O.05V,该电压与IL在RDCP上形成的压降相叠加,最终仅会使Uo升高0.05V。而当IL=IL/5=lmA时,必须将R1和RDCP的电阻值扩大到原来的5倍,变成R1=5R1,RDCP=5RDCP;将RDCP调整到5.04k时,Uo=6.5V,此时IADJ在RDCP上形成的压降也扩大到5倍,会使Uo升高O.25V。综上所述,Uo随RDCP的电阻值而变化是造成稳压性能降低的主要原因。
(2)在LM317的输出端接一只假负载RL。这种方法的缺点是RL与R1、RDCP并联之后不仅会降低电源效率,还改变了调整RDCP的线)更好的方法是采用基准电压源,经过数字电位器分压后直接给LM317的ADJ端提供一个基准电压UBEF。基准电压源具有电压稳定度高,不受环境和温度变化的影响,能通过外部元件作精细调整,获得高准确度的电压值、使用灵活、方便等优点。由LM336-5.0型5V基准电压源、10k数字电位器和缓冲器构成的可编程线所示。
设计可编程精密稳压器时,还应考虑数字电位器滑动端电阻、阻值偏差、电阻温度系数等因素的影响,上述误差均可通过软件进行修正。
在工业控制领域,有时需要出示一个能在小范围内作精密调整的高效率、低压输出的数控线性稳压电源。利用低压差稳压器(Low Dropout Regulator,LD0),能大幅度的提升电源转换效率,节省电能。由DS1809和低压差稳压器LP2950-5.O构成可编程精密低压差稳压器的电路如图4所示。DSl809属于按键式64抽头非易失性数字电位器。LP2950-5.O是美国SIPEX公司推出的低压差稳压器,其输出电压为+5v,额定输出电流为100mA,很适合采取电池供电的系统,如手机、无线控制管理系统及笔记本电脑。LP2950-5.O具有低静态电流、低压差等特性,在轻载时的压差仅为50mV,输出100mA电流时的压差也只有380mV。
该可编程精密低乐差稳压器的输入端接6 V电池。输出电压Uo=+5~5.5V,调节范围是O.5V。O.5 V被DSl809分为64份,步进量为7.8 mV。DSl809的总电阻值有10k、50 k和100k三种规格,可供选择。R1、R2为分压电阻,它们与DSl809的输出电阻RDCP一同构成分压器。分压器的输出端接LP2950-5.0的反馈端(FB),通过按键设定RDCP的电阻值,即可在规定范围内精确地调节Uo值。C1为输入端的退耦电容。C2用来滤除Uo中的交流噪声并改善瞬态响应。当输出端接负载时,C3为输出端滤波电容。D1为保护二极管,当C3充满电荷,而输入端对地短路时,可避免C3向LP2950-5.0放电而损坏稳压器。正常工作时,Uo经过D2对C4充电;在断电时,利用C4两端提供的电压能使DSl809有足够的时间将滑动端位置存储下来。D2采用BAT54型(0.2 A/30V)肖特基二极管。DS1809的滑动端(RW)与高端(RH)互相短接,作可调电阻器使用。S1、S2为手动按键,每按下一次S1时,DS1809的输出电阻值就递增R/64,使Uo减小7.8mV。S2的作用与之相反。
LM2576系列新产品是美国摩托罗拉(Motorola)公司、国家半导体公司(NSC)推出的高效率大电流输出的降压式开关式稳压器。LM2576系列最重要的包含3.3V、5 V、12 V、15 V和可调式共5种规格。最高输入电压为40V,最大输出电流为3A。采用脉宽调制(PWM)控制方式,最大占空比可达98%,转换效率可达75%~88%。它具有关断功能,可使稳压器进入低功耗待机模式,待机电流仪为80A。还具有完善的保护电路,包括过电流保护及过热保护。
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