拓寬控制器的輸出電壓范圍教程

控制器能夠調(diào)節(jié)最高輸出電壓：例如，LM5140-Q1能調(diào)節(jié)的最高輸出電壓是15V。但在很多應(yīng)用中（如在一種工業(yè)應(yīng)用中，為可編程邏輯控制器(PLC)和工廠自動(dòng)化設(shè)備供電的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行總線為24V），設(shè)計(jì)工程師需要調(diào)節(jié)更高的電壓。

在本文中，我將介紹如何使用LM5140-Q1為具有24V輸出電壓、3A負(fù)載電流的工業(yè)應(yīng)用提供電源。LM5140-Q1專為需要調(diào)節(jié)8V以下輸出電壓的汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)。增加一些外部組件后，您可以將LM5140-Q1用于工業(yè)應(yīng)用。

開始設(shè)計(jì)前，應(yīng)考慮以下事項(xiàng)：

LM5140-Q1需要一個(gè)連接VCCX的外部5V偏置電源。

需要對(duì)緩沖放大器進(jìn)行OR’d二極管配置，以確保啟動(dòng)時(shí)的功能運(yùn)行。

VCCX絕對(duì)最高電壓是6.5V。

VOUT引腳需要較低的阻抗輸入。阻抗足夠低的電阻分壓器可吸走大量電流，從而影響系統(tǒng)的效率。

LM5140-Q1內(nèi)部斜率補(bǔ)償會(huì)控制電感器和RSENSE的選擇。

圖1所示為如何對(duì)LM5140-Q1進(jìn)行配置，使其能夠調(diào)節(jié)15V以上的電壓。將VO1設(shè)為5V并連接至VCCX。這樣會(huì)禁用LM5140-Q1的內(nèi)部調(diào)節(jié)器，減少控制器的功率耗散。

圖1：帶輸出范圍更寬的外部組件的LM5140-Q1圖解

您可以使用反饋電阻器，為L(zhǎng)M5140-Q1配置可調(diào)輸出電壓，或不使用反饋電阻器，為L(zhǎng)M5140-Q1配置兩個(gè)固定輸出電壓。請(qǐng)參閱LM5140-Q1數(shù)據(jù)表了解更多詳情。

使用方程1將輸出電壓設(shè)為24V：

其中：VREF= 1.2V。參見圖1中的圖解。

我建議將RFB1的起點(diǎn)電阻設(shè)在10k?-20k?之間（方程2）：

218 k?并非標(biāo)準(zhǔn)的1%電阻值，因此使用：215k?

您需要使用兩個(gè)相同的分壓器來感測(cè)電流傳感電阻器RCS和VO2之間的差分電壓。緩沖放大器的輸入是高輸入阻抗，不會(huì)影響電源效率，而放大器的輸出是低輸入阻抗，可以驅(qū)動(dòng)LM5140-Q1的VOUT2引腳。

LM5140-Q1 CS引腳的絕對(duì)最高額定電壓為5V。為避免違反絕對(duì)最高額定電壓值，您應(yīng)使用電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)來降低CS引腳處的電壓。使用相同的分壓器比率來降低在緩沖放大器輸入端感測(cè)的電壓，以確保在VO2處感測(cè)到的電壓相同。緩沖放大器的共模電壓需要高于在其地面輸入端看到的電壓。這種情況下，共模電壓需要高于(0.7R/1R) x 24V = 16.8V。

VO1或VO2– 或二者，可使用所述的外部電路。使用外部偏置電源為L(zhǎng)M5140-Q1VCCX引腳供電。

要計(jì)算輸出電感器LOUT，使用以下設(shè)計(jì)步驟，以方程3開始，該方程假設(shè)30%的電感脈動(dòng)電流：

其中，LX是1.0 +/-0.25，F(xiàn)SW是LM5140-Q1的振蕩器頻率(440kHz)。

因此，我為該應(yīng)用選擇了55μH的電感器。

電感器數(shù)值較低時(shí)會(huì)增加峰間電感器電流，最大限度減小尺寸、降低成本并提高瞬態(tài)響應(yīng)。但是電感器數(shù)值較低時(shí)，由于均方根(RMS)電流較高，因此會(huì)降低效率。

電感器數(shù)值較高時(shí)會(huì)降低峰間電感器電流，并提高效率。您可能需要使用更大的輸出電容器來滿足既定的瞬態(tài)響應(yīng)要求。

電流傳感電阻器

要計(jì)算電流傳感電阻器的值，需要將最大輸出電流(IOUT)乘以120%，以確保電流限制不影響滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)：3.248安培峰值(Apk)的120%是3.89Apk。

分壓器會(huì)減弱CS引腳和VOUT引腳之間的差分電壓，從而影響內(nèi)部斜率補(bǔ)償和電流限制設(shè)定值。輸出電壓為24V時(shí)，分壓器中使用的外部電阻器的比率是0.7。方程7解釋了出現(xiàn)這種減弱的原因：

其中，VCS是電流限制設(shè)定值，LM5140-Q1的VCS是75mV，A是電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)衰減系數(shù)，為0.7。

LM5140-Q1專為需要調(diào)節(jié)8V以下輸出電壓的汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)。加裝一些外部組件后，使用本博文中詳述的設(shè)計(jì)方法，可以將LM5140-Q1控制器用于需要輸出電壓超過CS引腳和VOUT引腳絕對(duì)最高額定電壓的工業(yè)應(yīng)用。

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原文鏈接：

https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/03/20/how-to-extend-a-controller-s-output-voltage-range
編輯：jq