可調(diào)輸出穩(wěn)壓器

可調(diào)輸出穩(wěn)壓器（Adjustable Voltage Regulator）作為一種能夠通過(guò)外部元件設(shè)定輸出電壓的集成電路，廣泛用于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)控制和消費(fèi)電子產(chǎn)品中。本文將系統(tǒng)介紹可調(diào)輸出穩(wěn)壓器的工作原理、主要類型、關(guān)鍵性能參數(shù)、及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

1.基本工作原理

1.1反饋調(diào)節(jié)機(jī)制

可調(diào)輸出穩(wěn)壓器通過(guò)外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)將輸出電壓反饋至誤差放大器，與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（如1.25V）比較后調(diào)節(jié)功率管的導(dǎo)通狀態(tài)。典型電路如LM317的ADJ引腳通過(guò)電阻R1和R2設(shè)定輸出電壓：Vout=1.25V×(1+R2/R1)。

1.2線性與開(kāi)關(guān)架構(gòu)差異

• 線性可調(diào)穩(wěn)壓器（如LT3080）通過(guò)功率管線性降壓，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但效率較低，適用于低噪聲場(chǎng)景。

• 開(kāi)關(guān)可調(diào)穩(wěn)壓器（如LM2596-ADJ）采用PWM調(diào)制，效率可達(dá)90%以上，但需處理電磁干擾問(wèn)題。

2.主要類型及特性

• 三端線性可調(diào)穩(wěn)壓器：經(jīng)典設(shè)計(jì)如LM317（正輸出）和LM337（負(fù)輸出），支持1.25-37V輸出范圍，負(fù)載調(diào)整率典型值為0.1%。其外圍僅需兩個(gè)電阻即可工作，但壓差需維持2V以上。
• 低壓差可調(diào)穩(wěn)壓器（LDO）：針對(duì)低輸入-輸出壓差優(yōu)化的型號(hào)（如TPS7A4700），壓差可低至85mV，適合電池供電設(shè)備。此類器件通常集成使能控制和電源良好指示功能。
• 數(shù)字可編程穩(wěn)壓器：通過(guò)I2C或PMBus接口調(diào)節(jié)輸出電壓（如LTC7106），精度可達(dá)±0.5%，支持動(dòng)態(tài)電壓縮放（DVS）技術(shù)，用于處理器核心供電。

3.關(guān)鍵性能參數(shù)

3.1 負(fù)載調(diào)整率：輸出電流從空載到滿載變化時(shí)，輸出電壓的偏移量。高性能穩(wěn)壓器（如LT3083）的負(fù)載調(diào)整率可低于0.01%。

3.2 線性調(diào)整率：輸入電壓變化時(shí)維持輸出電壓穩(wěn)定的能力。例如，LM317在輸入變化10V時(shí)輸出僅漂移0.01%。

3.3 溫度穩(wěn)定性：基準(zhǔn)電壓隨溫度變化的系數(shù)，優(yōu)質(zhì)器件（如REF192）的溫度系數(shù)為20ppm/°C。

4.典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

4.1 實(shí)驗(yàn)室電源：采用LM317配合運(yùn)算放大器擴(kuò)展電流（如增加TIP147晶體管），可實(shí)現(xiàn)0-30V/3A可調(diào)輸出，波紋電壓低于5mVpp。

4.2 LED驅(qū)動(dòng)電路：利用LT3080的恒流模式，通過(guò)設(shè)定Rsense電阻值（Iout=0.6V/Rsense）驅(qū)動(dòng)高功率LED陣列。

4.3 多電壓域系統(tǒng)：數(shù)字可編程穩(wěn)壓器可為FPGA提供1.0V、1.8V、3.3V等多路電源，并支持上電時(shí)序控制。

5.設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

5.1 散熱管理

線性穩(wěn)壓器的功耗Pd=(Vin-Vout)×Iout，需計(jì)算最大結(jié)溫并選用足夠散熱片。例如，TO-220封裝的LM317在25°C環(huán)境下的熱阻為50°C/W。

5.2 穩(wěn)定性補(bǔ)償

部分LDO需在輸出端添加特定ESR的電容（如10μF鉭電容）防止振蕩，需嚴(yán)格遵循數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦值。

5.3 噪聲抑制

對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用（如射頻電路），可采用LT3042等超低噪聲穩(wěn)壓器（0.8μVRMS），并增加π型LC濾波器。