深入解析LM2991QML負低壓差可調穩壓器

在電子設計領域，穩壓器是不可或缺的重要組件，它能夠為電路提供穩定的電壓，確保設備的正常運行。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）推出的LM2991QML負低壓差可調穩壓器，了解它的特性、應用以及設計要點。

文件下載：lm2991qml.pdf

一、LM2991QML特性亮點

1. 電壓與電流調節能力

LM2991QML的輸出電壓可在 -2V 至 -25V 范圍內進行調節，能夠滿足多種不同的應用需求。同時，它可以提供超過 1A 的負載電流，為高功率設備提供穩定的電力支持。

2. 低功耗設計

• 低壓差電壓：在 1A 負載下，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，穩壓器也能正常工作，減少了能量損耗。
• 低靜態電流：在 1A 負載電流且輸入輸出電壓差大于 3V 時，靜態電流典型值僅為 1mA。當穩壓器處于壓差模式（(V{0}-V{1} ≤3 V)）時，獨特的內部偏置電源電路設計將靜態電流限制在僅 9mA（典型值），進一步降低了功耗。

3. 保護功能完善

• 短路保護：具備內部短路電流限制功能，當輸出端發生短路時，能夠自動限制電流，保護穩壓器和其他電路組件。
• 熱關斷保護：內部熱關斷功能帶有遲滯特性，當設備溫度過高時，會自動關閉，避免因過熱損壞。當溫度降低后，又能自動恢復工作，提高了設備的可靠性。

4. 控制功能靈活

具有 TTL、CMOS 兼容的 ON/OFF 開關，可實現遠程關機功能，方便用戶根據實際需求控制穩壓器的工作狀態。

二、應用領域廣泛

1. 后級開關穩壓器

在開關電源系統中，LM2991QML可作為后級穩壓器，進一步穩定輸出電壓，提高電源的穩定性和精度。

2. 本地板載調節

對于需要在電路板上進行局部電壓調節的應用，LM2991QML能夠提供精確的電壓輸出，滿足不同電路模塊的需求。

3. 電池供電設備

由于其低功耗特性，LM2991QML非常適合用于電池供電設備，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

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展現出了良好的電氣性能。例如，參考電壓（(V{Ref})）在不同負載電流和輸入電壓條件下有一定的波動范圍；輸出電壓范圍（(V{O})）可根據輸入電壓和負載情況進行調節；線路調整率（(V{RLine})）和負載調整率（(V{RLoad})）保證了輸出電壓的穩定性；壓差電壓（(V{DO})）在不同負載電流下有相應的數值，確保了穩壓器在不同工況下的正常工作。

2. 交流參數

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

3. 直流漂移參數

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

四、典型性能曲線解讀

1. 壓差電壓與輸出電流關系

從壓差電壓與輸出電流的關系曲線可以看出，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，壓差電壓相對較高；而在低溫（(T = -55°C)）時，壓差電壓相對較低。這對于在不同環境溫度下使用穩壓器具有重要的參考意義。

2. 輸出電壓與溫度關系

輸出電壓會隨著結溫的變化而發生一定的波動。通過觀察輸出電壓與溫度的關系曲線，我們可以了解到穩壓器在不同溫度下的輸出特性，從而在設計時考慮溫度補償措施。

3. 其他性能曲線

還有輸出噪聲電壓、靜態電流、最大輸出電流等性能曲線，這些曲線直觀地展示了穩壓器在不同條件下的性能表現，幫助工程師更好地進行電路設計和優化。

五、設計要點與應用提示

1. 外部電容選擇

• 輸入電容：如果穩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，需要使用輸入電容。推薦使用至少 1μF 的固態鉭電容或陶瓷電容，在環境溫度不低于 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（等效串聯電阻）必須在約 25mΩ 至 10Ω 之間。固態鉭電容（(≥1 mu F)）是輸出電容的最佳選擇，鋁電解電容（(≥10 mu F)）在 ESR 處于穩定范圍內時也可使用。但由于鋁電解電容在低溫下 ESR 會顯著增加，因此在低溫應用中應避免使用。
• 陶瓷旁路電容：應盡量避免在穩壓器輸出端附近使用分布式陶瓷電容，因為它們可能會導致穩壓器的相位裕度降低或產生振蕩。

2. 最小負載要求

為了保證穩壓器的正常工作，需要有至少 500μA 的最小負載電流?？梢酝ㄟ^外部電阻分壓器來提供最小負載，將調節引腳到地的電阻設置為 2.4kΩ。

3. 輸出電壓設置

輸出電壓可通過外部電阻分壓器進行設置，計算公式為 (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 范圍內進行編程，通常甚至可以在 -2V 至 -25V 范圍內調節。調節引腳電流約為 60nA，會對輸出電壓產生輕微誤差，但使用低于 100kΩ 的電阻可使調節引腳電流的影響忽略不計。

4. ON/OFF 引腳控制

通過向 ON/OFF 引腳施加 TTL 或 CMOS 電平高信號，可以將穩壓器關閉，實現靈活的電源管理。

5. 輸出正向電壓處理

由于內部鉗位電路的存在，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，否則可能會損壞設備。對于持續時間超過 1ms 的正向電壓瞬變，應使用肖特基二極管將輸出端鉗位到地。

六、典型應用電路示例

1. 全隔離后級開關穩壓器

如圖 16 所示的電路，展示了 LM2991QML 在全隔離后級開關穩壓器中的應用。通過合理選擇外部元件，可以實現穩定的負電壓輸出。

2. 可調電流吸收器

圖 17 所示的可調電流吸收器電路，利用 LM2991QML 的特性，實現了對電流的精確控制。

七、總結

LM2991QML 負低壓差可調穩壓器以其出色的性能、完善的保護功能和靈活的控制特性，在電子設計領域具有廣泛的應用前景。在設計過程中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇外部元件，確保穩壓器的正常工作和性能優化。你在使用穩壓器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。