電源芯片可調電壓輸出的實現(xiàn)方案

1固定電阻式

為了更形象更具體的描述電源芯片的可變電壓輸出功能，以LM2596電源芯片為例說明，詳細闡述它的固定電阻式電路設計過程。

LM2596電源芯片

查看數(shù)據(jù)手冊規(guī)格書，LM2596電源芯片屬于帶有輸出電壓可調功能的降壓式DC-DC電源芯片，最大輸入VIN電壓為40V，輸出電壓范圍可以達到1.23V~37V，輸出電流能力1A；芯片的引腳定義

Pin1引腳VIN：芯片的電源輸入引腳；

Pin2引腳ON：芯片的使能控制引腳，低電平有效；

Pin3引腳GND：芯片的參考地引腳；

Pin4引腳FB：芯片的輸出反饋引腳，調節(jié)輸出電壓功能；

Pin5引腳OUT：芯片的電壓輸出引腳；

了解完LM2596電源芯片的基本電路功能以及芯片引腳定義，其典型應用電路圖

LM2596應用電路圖

在LM2596電源芯片應用電路圖中，電阻R2與電阻R3的作用就是實現(xiàn)電壓輸出的可調功能；輸出的可調電壓與電阻R2和電阻R3的阻值量化關系

Vout=Vref*（1+R2/R3）

其中Vref=1.23V，R3的阻值被限定在1K~5K范圍內；

工程師調節(jié)電阻R2與電阻R3的阻值比例關系，就可以達到改變電源芯片LM2596電壓輸出的幅值；舉例說明

電阻R2的阻值為3.1K，電阻R3的阻值為1K，電壓輸出的幅值則是5.0V；

電阻R2的阻值為7.44K，電阻R3的阻值為1K，電壓輸出的幅值則是12.0V；

電阻R2的阻值為18.6K，電阻R3的阻值為2K，電壓輸出的幅值則是15.0V；

這就是工程師通過不同阻值的電阻，實現(xiàn)可變電壓的輸出效果；雖然這種電路設計方案能達到功能，但也存在一些缺陷，具體表現(xiàn)為

在實際項目開發(fā)中，電阻R2與電阻R3的阻值一旦被確定下來，LM2596電源芯片的輸出電壓就被相應的唯一確定，無法調節(jié)變更；換言之，LM2596電源芯片的電壓輸出可調功能，是利用電阻R2與電阻R3的阻值可調關系，假如電阻R2與電阻R3的阻值被固定，電壓的輸出可調功能也就被固定，不再具有可調功能，失去了可調效果；

這也是為什么此電路設計可以被稱之為固定電阻式方案的原因。

2可變電阻式

相比較固定電阻式方案存在的不足，可變電阻式方案就能克服它的缺點，就能較好地解決這個存在的不足之處。

工程師可能會心存疑問，什么是可變電阻式方案？可變電阻式方案是如何解決固定電阻式這個方案缺陷的呢？仍然以電源芯片LM2596的應用電路圖為案例說明

既然LM2596電源芯片的輸出電壓可調功能，是可以通過調節(jié)兩個固定電阻R2與電阻R3的阻值實現(xiàn)，那么假如工程師選用滑動變阻器來代替電阻R2呢？效果會是如何呢？

在LM2596電源芯片的應用電路圖中，將滑動變阻器取代電阻R2，電阻R2的阻值就可以“自由”地被工程師修改調節(jié)，而非像固定電阻式一樣，一旦阻值被確定，則不能再修改，被固定在電路中了；

一個基本的電路常識，滑動變阻器的阻值，是隨著上面的滑動觸點位置改變而改變的，觸點位置不同，滑動變阻器呈現(xiàn)的阻值也不同。

為了更好的適應小體積尺寸的電路設計要求，工程師可以選擇數(shù)字電位器芯片TPL0401代替?zhèn)鹘y(tǒng)體積較大且需要手動調節(jié)的滑動變阻器。

喜歡追根溯源的工程師，電路設計水平不會差；在詳細向工程師介紹可變電阻式電路方案之前，首先需要對數(shù)字電位器芯片TPL0401做個基本的認識。

數(shù)字電位器芯片TPL0401是一個具有128位置分辨率的可調電阻器，最大輸出阻值為10K，與單片機的通訊接口為IIC方式。

數(shù)字電位器芯片TPL0401引腳定義

TPL0401芯片引腳定義圖

Pin1引腳VDD：芯片的電源輸入引腳；

Pin2引腳GND：芯片的參考地引腳；

Pin3引腳SCL：芯片的IIC串口通信時鐘信號引腳，IIC通訊功能；

Pin4引腳SDA：芯片的IIC串口通信數(shù)據(jù)信號引腳；IIC通訊功能；

Pin5引腳W：芯片的電阻阻值輸出引腳；

Pin6引腳H：芯片的電阻工作端引腳；

了解完數(shù)字電位器芯片TPL0401的基本功能后，再來看一下它的簡化電路應用圖，更容易地有效幫助工程師理解

TPL0401芯片簡化電路圖

在數(shù)字電位器芯片TPL040簡化電路圖中，左邊SCL與SDA直接連接單片機的IIC通訊接口，芯片的W引腳與H引腳短接，直接代替電源芯片LM2596的應用電路圖中的電阻R2。

由電源芯片LM2596與數(shù)字電位器芯片TPL0401共同組成的電路，就是可變電阻式方案。

可變電阻式方案

工程師可以通過單片機的軟件程序，借助IIC通訊，控制并調節(jié)數(shù)字電位器TPL0401芯片W腳輸出的電阻阻值，依據(jù)電源芯片LM2596的輸出電壓關系式

Vout=Vref*（1+R2/R3）=Vref*（1+D/（128*R3））

其中Vref=1.23V，R2為數(shù)字電位器TPL0401芯片的輸出電阻阻值D/128，受單片機軟件程序控制，D為單片機通過IIC控制輸出的二進制所對應的數(shù)字值，工程師就實現(xiàn)了電源芯片LM2596的輸出電壓可調功能。

至此，工程師相信理解了可變電阻式的電路設計方案原理和它的詳細設計過程。之所以稱之為可變電阻式方案，主要是因為數(shù)字電位器TPL0401輸出的電阻阻值是由單片機控制，屬于自由可變更改調節(jié)的范疇。

研究可變電阻式電路方案，也并非十全十美，與固定電阻式方案一樣，也存在一些遺憾缺陷之處。主要包含兩個方面：

其一：數(shù)字電位器芯片TPL0401輸出的電阻阻值D/128，為非連續(xù)值，屬于離散型，原因是D為單片機通信的二進制值，所以輸出的電壓不具有連續(xù)性；

其二：數(shù)字電位器芯片TPL0401與單片機的工作電源，需要額外的電源芯片提供，這是因為電源芯片LM2596輸出的電壓在可調的過程中，可能不適合提供其他芯片供電；

3可編程式

在綜合分析固定電阻式與可變電阻式兩個電路方案后，可以得出的基本結論：

電源芯片的可調電壓輸出功能，其電路的設計方案依據(jù)是輸出的電壓量化關系式，參考為

Vout=Vref*（1+R2/R3），其中Vref為電源芯片的參考電壓；

固定電阻式方案是通過調節(jié)電阻R2與電阻R3阻值的比例關系，實現(xiàn)輸出電壓的可調功能；可變電阻式方案是單片機通過軟件程序控制數(shù)字電位器芯片TPL0401輸出的電阻阻值，實現(xiàn)輸出電壓的可調功能；這兩種方案均是通過改變電阻的關系，達到電路設計的功能。

除了這種改變電阻的關系，能達到這種輸出電壓的可調功能之外，是否存在其他的完全不同的方式，也能達到輸出電壓的可調功能呢？

能回答這種問題的工程師，至少證明離升職加薪又進了一步，恭喜恭喜~~~

可編程式的電路設計方案就能解決與回答這個問題，它的核心設計方案是通過調節(jié)電源芯片的參考電壓Vref值，實現(xiàn)輸出電壓的可調功能。

以MPS電源芯片MP8864為案例，進行深入的剖析

3.1電源芯片MP8864基本特性

電源芯片MP8864，是一個具有IIC通信功能的數(shù)字穩(wěn)壓器，也屬于降壓型的DC-DC電源芯片，最大輸入電壓為21V，輸出電流為4A；電源芯片內部的參考電壓Vref，具有軟件編程可控性，且Vref參考電壓幅值變化范圍為0.6V~1.87V，以10mV的步進修改調整；

3.2電源芯片MP8864應用電路圖

在電源芯片MP8864應用電路圖中，輸出的電壓依舊遵從之前的關系式

電源芯片MP8864應用電路圖

Vout=Vref*（1+R1/R2），Vref為芯片的參考電壓值；單片機借助于IIC通信接口，與電源芯片MP8864保持信息數(shù)據(jù)交換，可以實現(xiàn)控制電源芯片的內部參考電壓Vref的幅值，繼而達到了輸出電壓的可調功能效果。

一言以蔽之，工程師利用單片機的軟件程序具有可編程性，通過IIC通訊方式，修改調整電源芯片的內部參考電壓Vref幅值，實現(xiàn)輸出的電壓可調功能，這就是可編程式電路設計方案。

可編程式電路方案，同樣也存在一些不足缺陷之處

a，電路設計成本，相比較固定電阻式與可變電阻式要高出一些；

b，與可變電阻式類似，單片機需要額外的電源芯片供電；
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