深入解析LM2991QML負(fù)低壓差可調(diào)穩(wěn)壓器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，穩(wěn)壓器是不可或缺的重要組件，它能夠?yàn)殡娐诽峁┓€(wěn)定的電壓，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）推出的LM2991QML負(fù)低壓差可調(diào)穩(wěn)壓器，了解它的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、LM2991QML特性亮點(diǎn)

1. 電壓與電流調(diào)節(jié)能力

LM2991QML的輸出電壓可在 -2V 至 -25V 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠滿足多種不同的應(yīng)用需求。同時(shí)，它可以提供超過 1A 的負(fù)載電流，為高功率設(shè)備提供穩(wěn)定的電力支持。

2. 低功耗設(shè)計(jì)

• 低壓差電壓：在 1A 負(fù)載下，典型壓差電壓僅為 0.6V，這意味著在輸入輸出電壓差較小時(shí)，穩(wěn)壓器也能正常工作，減少了能量損耗。
• 低靜態(tài)電流：在 1A 負(fù)載電流且輸入輸出電壓差大于 3V 時(shí)，靜態(tài)電流典型值僅為 1mA。當(dāng)穩(wěn)壓器處于壓差模式（(V{0}-V{1} ≤3 V)）時(shí)，獨(dú)特的內(nèi)部偏置電源電路設(shè)計(jì)將靜態(tài)電流限制在僅 9mA（典型值），進(jìn)一步降低了功耗。

3. 保護(hù)功能完善

• 短路保護(hù)：具備內(nèi)部短路電流限制功能，當(dāng)輸出端發(fā)生短路時(shí)，能夠自動(dòng)限制電流，保護(hù)穩(wěn)壓器和其他電路組件。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：內(nèi)部熱關(guān)斷功能帶有遲滯特性，當(dāng)設(shè)備溫度過高時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，避免因過熱損壞。當(dāng)溫度降低后，又能自動(dòng)恢復(fù)工作，提高了設(shè)備的可靠性。

4. 控制功能靈活

具有 TTL、CMOS 兼容的 ON/OFF 開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)功能，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求控制穩(wěn)壓器的工作狀態(tài)。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

1. 后級(jí)開關(guān)穩(wěn)壓器

在開關(guān)電源系統(tǒng)中，LM2991QML可作為后級(jí)穩(wěn)壓器，進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電壓，提高電源的穩(wěn)定性和精度。

2. 本地板載調(diào)節(jié)

對于需要在電路板上進(jìn)行局部電壓調(diào)節(jié)的應(yīng)用，LM2991QML能夠提供精確的電壓輸出，滿足不同電路模塊的需求。

3. 電池供電設(shè)備

由于其低功耗特性，LM2991QML非常適合用于電池供電設(shè)備，能夠有效延長電池的使用壽命。

三、電氣特性分析

1. 直流參數(shù)

在特定測試條件下（(V{1}=-10 ~V)，(V{O}=-3 ~V)，(I{O}=1 ~A)，(C{O}=47 mu F)，(R{L}=2.7 ~K Omega)），LM2991QML展現(xiàn)出了良好的電氣性能。例如，參考電壓（(V{Ref})）在不同負(fù)載電流和輸入電壓條件下有一定的波動(dòng)范圍；輸出電壓范圍（(V{O})）可根據(jù)輸入電壓和負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)節(jié)；線路調(diào)整率（(V{RLine})）和負(fù)載調(diào)整率（(V{RLoad})）保證了輸出電壓的穩(wěn)定性；壓差電壓（(V{DO})）在不同負(fù)載電流下有相應(yīng)的數(shù)值，確保了穩(wěn)壓器在不同工況下的正常工作。

2. 交流參數(shù)

在交流參數(shù)方面，紋波抑制比（RR）在特定條件下（(V{Ripple}=1V RMS)，(F{Ripple}=1KHz)，(I_{O}=5mA)）可達(dá) 50dB，有效抑制了輸出電壓中的紋波成分，提高了電源的質(zhì)量。

3. 直流漂移參數(shù)

參考電壓（(V_{Ref})）在一定負(fù)載電流范圍內(nèi)，其漂移量有一定的限制，保證了輸出電壓的長期穩(wěn)定性。

四、典型性能曲線解讀

1. 壓差電壓與輸出電流關(guān)系

從壓差電壓與輸出電流的關(guān)系曲線可以看出，在不同溫度下，壓差電壓隨著輸出電流的增加而變化。在高溫（(T = 150°C)）時(shí)，壓差電壓相對較高；而在低溫（(T = -55°C)）時(shí)，壓差電壓相對較低。這對于在不同環(huán)境溫度下使用穩(wěn)壓器具有重要的參考意義。

2. 輸出電壓與溫度關(guān)系

輸出電壓會(huì)隨著結(jié)溫的變化而發(fā)生一定的波動(dòng)。通過觀察輸出電壓與溫度的關(guān)系曲線，我們可以了解到穩(wěn)壓器在不同溫度下的輸出特性，從而在設(shè)計(jì)時(shí)考慮溫度補(bǔ)償措施。

3. 其他性能曲線

還有輸出噪聲電壓、靜態(tài)電流、最大輸出電流等性能曲線，這些曲線直觀地展示了穩(wěn)壓器在不同條件下的性能表現(xiàn)，幫助工程師更好地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與應(yīng)用提示

1. 外部電容選擇

• 輸入電容：如果穩(wěn)壓器距離輸入電源濾波電容超過 6 英寸，或者沒有其他輸入電容時(shí)，需要使用輸入電容。推薦使用至少 1μF 的固態(tài)鉭電容或陶瓷電容，在環(huán)境溫度不低于 0°C 的情況下，也可以使用鋁電解電容（(≥10 mu F)）。
• 輸出電容：輸出電容的 ESR（等效串聯(lián)電阻）必須在約 25mΩ 至 10Ω 之間。固態(tài)鉭電容（(≥1 mu F)）是輸出電容的最佳選擇，鋁電解電容（(≥10 mu F)）在 ESR 處于穩(wěn)定范圍內(nèi)時(shí)也可使用。但由于鋁電解電容在低溫下 ESR 會(huì)顯著增加，因此在低溫應(yīng)用中應(yīng)避免使用。
• 陶瓷旁路電容：應(yīng)盡量避免在穩(wěn)壓器輸出端附近使用分布式陶瓷電容，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器的相位裕度降低或產(chǎn)生振蕩。

2. 最小負(fù)載要求

為了保證穩(wěn)壓器的正常工作，需要有至少 500μA 的最小負(fù)載電流。可以通過外部電阻分壓器來提供最小負(fù)載，將調(diào)節(jié)引腳到地的電阻設(shè)置為 2.4kΩ。

3. 輸出電壓設(shè)置

輸出電壓可通過外部電阻分壓器進(jìn)行設(shè)置，計(jì)算公式為 (V{OUT }=V{REF } timesleft(1+R{2} / R{1}right)-left(I{ADJ} × R{2}right))，其中 (V_{REF}=-1.21 ~V)。輸出電壓可在 -3V 至 -24V 范圍內(nèi)進(jìn)行編程，通常甚至可以在 -2V 至 -25V 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)引腳電流約為 60nA，會(huì)對輸出電壓產(chǎn)生輕微誤差，但使用低于 100kΩ 的電阻可使調(diào)節(jié)引腳電流的影響忽略不計(jì)。

4. ON/OFF 引腳控制

通過向 ON/OFF 引腳施加 TTL 或 CMOS 電平高信號(hào)，可以將穩(wěn)壓器關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)靈活的電源管理。

5. 輸出正向電壓處理

由于內(nèi)部鉗位電路的存在，LM2991QML 能夠承受輸出端的正向電壓。如果拉輸出端正向電壓的電源為直流，電流必須限制在 1.5A 以內(nèi)，否則可能會(huì)損壞設(shè)備。對于持續(xù)時(shí)間超過 1ms 的正向電壓瞬變，應(yīng)使用肖特基二極管將輸出端鉗位到地。

六、典型應(yīng)用電路示例

1. 全隔離后級(jí)開關(guān)穩(wěn)壓器

如圖 16 所示的電路，展示了 LM2991QML 在全隔離后級(jí)開關(guān)穩(wěn)壓器中的應(yīng)用。通過合理選擇外部元件，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的負(fù)電壓輸出。

2. 可調(diào)電流吸收器

圖 17 所示的可調(diào)電流吸收器電路，利用 LM2991QML 的特性，實(shí)現(xiàn)了對電流的精確控制。

七、總結(jié)

LM2991QML 負(fù)低壓差可調(diào)穩(wěn)壓器以其出色的性能、完善的保護(hù)功能和靈活的控制特性，在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇外部元件，確保穩(wěn)壓器的正常工作和性能優(yōu)化。你在使用穩(wěn)壓器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。