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如何拓寬控製器的輸出電壓範圍

發布時間：2021-01-06 責任編輯：wenwei

【導讀】控製器能夠調節最高輸出電壓：例如，LM5140-Q1能調節的最高輸出電壓是15V。但在很多應用中（如在一種工業應用中，為可編程邏輯控製器(PLC)和工廠自動化設備供電的標準運行總線為24V），設計工程師需要調節更高的電壓。

在本文中，我將介紹如何使用LM5140-Q1為具有24V輸出電壓、3A負載電流的工業應用提供電源。LM5140-Q1專為需要調節8V以下輸出電壓的汽車應用而設計。增加一些外部組件後，您可以將LM5140-Q1用於工業應用。

開始設計前，應考慮以下事項：

● LM5140-Q1需要一個連接VCCX的外部5V偏置電源。

● 需要對緩衝放大器進行OR’d二極管配置，以確保啟動時的功能運行。

● VCCX絕對最高電壓是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，從而影響係統的效率。

● LM5140-Q1內部斜率補償會控製電感器和RSENSE的選擇。

圖1所示為如何對LM5140-Q1進行配置，使其能夠調節15V以上的電壓。將VO1設為5V並連接至VCCX。這樣會禁用LM5140-Q1的內部調節器，減少控製器的功率耗散。

如何拓寬控製器的輸出電壓範圍

圖1：帶輸出範圍更寬的外部組件的LM5140-Q1圖解

您可以使用反饋電阻器，為LM5140-Q1配置可調輸出電壓，或不使用反饋電阻器，為LM5140-Q1配置兩個固定輸出電壓。請參閱LM5140-Q1數據表了解更多詳情。

使用方程1將輸出電壓設為24V：

其中：VREF = 1.2V。參見圖1中的圖解。

我建議將RFB1的起點電阻設在10kΩ-20kΩ之間（方程2）：

218 kΩ並非標準的1%電阻值，因此使用：215kΩ

您需要使用兩個相同的分壓器來感測電流傳感電阻器RCS和VO2之間的差分電壓。緩衝放大器的輸入是高輸入阻抗，不會影響電源效率，而放大器的輸出是低輸入阻抗，可以驅動LM5140-Q1的VOUT2引腳。

LM5140-Q1 CS引腳的絕對最高額定電壓為5V。為避免違反絕對最高額定電壓值，您應使用電阻分壓器網絡來降低CS引腳處的電壓。使用相同的分壓器比率來降低在緩衝放大器輸入端感測的電壓，以確保在VO2處感測到的電壓相同。緩衝放大器的共模電壓需要高於在其地麵輸入端看到的電壓。這種情況下，共模電壓需要高於(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LM5140-Q1VCCX引腳供電。

要計算輸出電感器LOUT，使用以下設計步驟，以方程3開始，該方程假設30%的電感脈動電流：

如何拓寬控製器的輸出電壓範圍

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

因此，我為該應用選擇了55µH的電感器。

電感器數值較低時會增加峰間電感器電流，最大限度減小尺寸、降低成本並提高瞬態響應。但是電感器數值較低時，由於均方根(RMS)電流較高，因此會降低效率。

電感器數值較高時會降低峰間電感器電流，並提高效率。您可能需要使用更大的輸出電容器來滿足既定的瞬態響應要求。

如何拓寬控製器的輸出電壓範圍

電流傳感電阻器

要計算電流傳感電阻器的值，需要將最大輸出電流(IOUT)乘以120%，以確保電流限製不影響滿負荷運轉：3.248安培峰值(Apk)的120%是3.89Apk。

分壓器會減弱CS引腳和VOUT引腳之間的差分電壓，從而影響內部斜率補償和電流限製設定值。輸出電壓為24V時，分壓器中使用的外部電阻器的比率是0.7。方程7解釋了出現這種減弱的原因：

如何拓寬控製器的輸出電壓範圍

其中，VCS是電流限製設定值，LM5140-Q1的VCS是75mV，A是電阻分壓器網絡衰減係數，為0.7。

LM5140-Q1專為需要調節8V以下輸出電壓的汽車應用而設計。加裝一些外部組件後，使用本博文中詳述的設計方法，可以將LM5140-Q1控製器用於需要輸出電壓超過CS引腳和VOUT引腳絕對最高額定電壓的工業應用。

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