電源芯片可調(diào)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(shè)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(diào)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(diào)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(yīng)用電路圖

LM2596應(yīng)用電路圖

在LM2596電源芯片應(yīng)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(diào)功能；輸出的可調(diào)電壓與電阻R2和電阻R3的阻值量化關(guān)系

Vout=Vref*（1+R2/R3）

其中Vref=1.23V，R3的阻值被限定在1K~5K范圍內(nèi)；

工程師調(diào)節(jié)電阻R2與電阻R3的阻值比例關(guān)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(shè)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(yīng)的唯一確定，無法調(diào)節(jié)變更；換言之，LM2596電源芯片的電壓輸出可調(diào)功能，是利用電阻R2與電阻R3的阻值可調(diào)關(guān)系，假如電阻R2與電阻R3的阻值被固定，電壓的輸出可調(diào)功能也就被固定，不再具有可調(diào)功能，失去了可調(diào)效果；

這也是為什么此電路設(shè)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(yīng)用電路圖為案例說明

既然LM2596電源芯片的輸出電壓可調(diào)功能，是可以通過調(diào)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(yīng)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(diào)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(yīng)小體積尺寸的電路設(shè)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(diào)節(jié)的滑動變阻器。

喜歡追根溯源的工程師，電路設(shè)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(diào)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(yīng)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(yīng)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(diào)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(guān)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(yīng)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(diào)功能。

至此，工程師相信理解了可變電阻式的電路設(shè)計方案原理和它的詳細設(shè)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(diào)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(diào)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(jié)論：

電源芯片的可調(diào)電壓輸出功能，其電路的設(shè)計方案依據(jù)是輸出的電壓量化關(guān)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(diào)節(jié)電阻R2與電阻R3阻值的比例關(guān)系，實現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)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(diào)功能；這兩種方案均是通過改變電阻的關(guān)系，達到電路設(shè)計的功能。

除了這種改變電阻的關(guān)系，能達到這種輸出電壓的可調(diào)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(diào)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(shè)計方案就能解決與回答這個問題，它的核心設(shè)計方案是通過調(diào)節(jié)電源芯片的參考電壓Vref值，實現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)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(nèi)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(diào)整；

3.2電源芯片MP8864應(yīng)用電路圖

在電源芯片MP8864應(yīng)用電路圖中，輸出的電壓依舊遵從之前的關(guān)系式

電源芯片MP8864應(yīng)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(nèi)部參考電壓Vref的幅值，繼而達到了輸出電壓的可調(diào)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(diào)整電源芯片的內(nèi)部參考電壓Vref幅值，實現(xiàn)輸出的電壓可調(diào)功能，這就是可編程式電路設(shè)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(shè)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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