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電源電路，作為項目系統的電壓與電流提供者，它的好壞直接影響整個電路工作的穩定性與可靠性，這是一個工程師眾所周知的事實；因此，工程師在進行電源電路設計的過程中，就會根據項目系統的功能要求，選擇一個合適的匹配方案。 電源電路，按照輸出電壓的可調性，可以分為兩類 一類為固定型：如1117-5.0V電源晶片的電源電路，其輸出的電壓被固定在5.0V，不具可調性； 一類為可調型：如LM2596電源晶片的電源電路，其輸出的電壓具有可調性，並非固定值； ...電源電路 工程師在設計具體的電源電路 如果是固定型類別，其電路原理圖方案較為簡單，只需依據電源晶片數據手冊規格書提供的參考電路，按照項目的實際需求，對外圍器件參數進行稍微的調整，即可完成電源電路的方案設計。 如果是可調性類別，其電路原理圖方案的設計，相對於固定型類別，較為複雜一些，除了可以參考電源晶片的數據手冊規格書提供的參考電路，還需引入工程師額外的電路設計；原因主要表現在電源晶片的輸出電壓可調功能，它具有三種實現形式；工程師可以通過這三種不同的可調電源的電路設計，實現電路項目的功能。 電源晶片的可調電壓輸出，其實現方案具體是包含哪三種電路設計呢？ （1）固定電阻式 （2）可變電阻式 （3）可編程式 01 固定電阻式 為了更形象更具體的描述電源晶片的可變電壓輸出功能，以LM2596電源晶片為例說明，詳細闡述它的固定電阻式電路設計過程。 ...LM2596電源晶片 查看數據手冊規格書，LM2596電源晶片屬於帶有輸出電壓可調功能的降壓式DC-DC電源晶片，最大輸入VIN電壓為40V，輸出電壓範圍可以達到1.23V~37V，輸出電流能力1A；晶片的引腳定義 Pin 1引腳VIN ：晶片的電源輸入引腳； Pin 2引腳ON ：晶片的使能控制引腳，低電平有效； Pin 3引腳GND：晶片的參考地引腳； Pin 4引腳FB ：晶片的輸出反饋引腳，調節輸出電壓功能； Pin 5引腳OUT：晶片的電壓輸出引腳； 了解完LM2596電源晶片的基本電路功能以及晶片引腳定義，其典型應用電路圖 ...LM2596應用電路圖 在LM2596電源晶片應用電路圖中，電阻R2與電阻R3的作用就是實現電壓輸出的可調功能；輸出的可調電壓與電阻R2和電阻R3的阻值量化關係 Vout = Vref * （1 + R2 / R3） 其中Vref = 1.23V，R3的阻值被限定在1K~5K範圍內； 工程師調節電阻R2與電阻R3的阻值比例關係，就可以達到改變電源晶片LM2596電壓輸出的幅值；舉例說明 電阻R2的阻值為3.1K，電阻R3的阻值為1K，電壓輸出的幅值則是5.0V； 電阻R2的阻值為7.44K，電阻R3的阻值為1K，電壓輸出的幅值則是12.0V； 電阻R2的阻值為18.6K，電阻R3的阻值為2K，電壓輸出的幅值則是15.0V； 這就是工程師通過不同阻值的電阻，實現可變電壓的輸出效果；雖然這種電路設計方案能達到功能，但也存在一些缺陷，具體表現為 在實際項目開發中，電阻R2與電阻R3的阻值一旦被確定下來，LM2596電源晶片的輸出電壓就被相應的唯一確定，無法調節變更；換言之，LM2596電源晶片的電壓輸出可調功能，是利用電阻R2與電阻R3的阻值可調關係，假如電阻R2與電阻R3的阻值被固定，電壓的輸出可調功能也就被固定，不再具有可調功能，失去了可調效果； 這也是為什麼此電路設計可以被稱之為固定電阻式方案的原因。 02 可變電阻式 相比較固定電阻式方案存在的不足，可變電阻式方案就能克服它的缺點，就能較好地解決這個存在的不足之處。 工程師可能會心存疑問，什麼是可變電阻式方案？可變電阻式方案是如何解決固定電阻式這個方案缺陷的呢？仍然以電源晶片LM2596的應用電路圖為案例說明 既然LM2596電源晶片的輸出電壓可調功能，是可以通過調節兩個固定電阻R2與電阻R3的阻值實現，那麼假如工程師選用滑動變阻器來代替電阻R2呢？效果會是如何呢？ 在LM2596電源晶片的應用電路圖中，將滑動變阻器取代電阻R2，電阻R2的阻值就可以「自由」地被工程師修改調節，而非像固定電阻式一樣，一旦阻值被確定，則不能再修改，被固定在電路中了； ...滑動變阻器 一個基本的電路常識，滑動變阻器的阻值，是隨著上面的滑動觸點位置改變而改變的，觸點位置不同，滑動變阻器呈現的阻值也不同。 為了更好的適應小體積尺寸的電路設計要求，工程師可以選擇數字電位器晶片TPL0401代替傳統體積較大且需要手動調節的滑動變阻器。 喜歡追根溯源的工程師，電路設計水平不會差；在詳細向工程師介紹可變電阻式電路方案之前，首先需要對數字電位器晶片TPL0401做個基本的認識。 數字電位器晶片TPL0401是一個具有128位置解析度的可調電阻器，最大輸出阻值為10K，與單片機的通訊接口為IIC方式。 數字電位器晶片TPL0401引腳定義 ...TPL0401晶片引腳定義圖 Pin 1引腳VDD：晶片的電源輸入引腳； Pin 2引腳GND：晶片的參考地引腳； Pin 3引腳SCL：晶片的IIC串口通信時鐘信號引腳，IIC通訊功能； Pin 4引腳SDA：晶片的IIC串口通信數據信號引腳；IIC通訊功能； Pin 5引腳W ：晶片的電阻阻值輸出引腳； Pin 6引腳H ：晶片的電阻工作端引腳； 了解完數字電位器晶片TPL0401的基本功能後，再來看一下它的簡化電路應用圖，更容易地有效幫助工程師理解 ...TPL0401晶片簡化電路圖 在數字電位器晶片TPL040簡化電路圖中，左邊SCL與SDA直接連接單片機的IIC通訊接口，晶片的W引腳與H引腳短接，直接代替電源晶片LM2596的應用電路圖中的電阻R2。 由電源晶片LM2596與數字電位器晶片TPL0401共同組成的電路，就是可變電阻式方案。 ...可變電阻式方案 工程師可以通過單片機的軟體程序，藉助IIC通訊，控制並調節數字電位器TPL0401晶片W腳輸出的電阻阻值，依據電源晶片LM2596的輸出電壓關係式 Vout = Vref * （1 + R2 / R3）= Vref * （1 + D / （128 * R3）） 其中Vref = 1.23V，R2為數字電位器TPL0401晶片的輸出電阻阻值D / 128，受單片機軟體程序控制，D為單片機通過IIC控制輸出的二進位所對應的數字值，工程師就實現了電源晶片LM2596的輸出電壓可調功能。 至此，工程師相信理解了可變電阻式的電路設計方案原理和它的詳細設計過程。之所以稱之為可變電阻式方案，主要是因為數字電位器TPL0401輸出的電阻阻值是由單片機控制，屬於自由可變更改調節的範疇。 研究可變電阻式電路方案，也並非十全十美，與固定電阻式方案一樣，也存在一些遺憾缺陷之處。主要包含兩個方面： 其一：數字電位器晶片TPL0401輸出的電阻阻值D / 128，為非連續值，屬於離散型，原因是D為單片機通信的二進位值，所以輸出的電壓不具有連續性； 其二：數字電位器晶片TPL0401與單片機的工作電源，需要額外的電源晶片提供，這是因為電源晶片LM2596輸出的電壓在可調的過程中，可能不適合提供其他晶片供電； 03 可編程式 在綜合分析固定電阻式與可變電阻式兩個電路方案後，可以得出的基本結論： 電源晶片的可調電壓輸出功能，其電路的設計方案依據是輸出的電壓量化關係式，參考為 Vout = Vref * （1 + R2 / R3），其中Vref為電源晶片的參考電壓； 固定電阻式方案是通過調節電阻R2與電阻R3阻值的比例關係，實現輸出電壓的可調功能；可變電阻式方案是單片機通過軟體程序控制數字電位器晶片TPL0401輸出的電阻阻值，實現輸出電壓的可調功能；這兩種方案均是通過改變電阻的關係，達到電路設計的功能。 除了這種改變電阻的關係，能達到這種輸出電壓的可調功能之外，是否存在其他的完全不同的方式，也能達到輸出電壓的可調功能呢？ 能回答這種問題的工程師，至少證明離升職加薪又進了一步，恭喜恭喜~~~ 可編程式的電路設計方案就能解決與回答這個問題，它的核心設計方案是通過調節電源晶片的參考電壓Vref值，實現輸出電壓的可調功能。 以MPS電源晶片MP8864為案例，進行深入的剖析 3.1 電源晶片MP8864基本特性 電源晶片MP8864，是一個具有IIC通信功能的數字穩壓器，也屬於降壓型的DC-DC電源晶片，最大輸入電壓為21V，輸出電流為4A；電源晶片內部的參考電壓Vref，具有軟體編程可控性，且Vref參考電壓幅值變化範圍為0.6V~1.87V，以10mV的步進修改調整； 3.2 電源晶片MP8864應用電路圖 在電源晶片MP8864應用電路圖中，輸出的電壓依舊遵從之前的關係式 ...電源晶片MP8864應用電路圖 Vout = Vref * （1 + R1 / R2），Vref為晶片的參考電壓值；單片機藉助於IIC通信接口，與電源晶片MP8864保持信息數據交換，可以實現控制電源晶片的內部參考電壓Vref的幅值，繼而達到了輸出電壓的可調功能效果。 一言以蔽之，工程師利用單片機的軟體程序具有可編程性，通過IIC通訊方式，修改調整電源晶片的內部參考電壓Vref幅值，實現輸出的電壓可調功能，這就是可編程式電路設計方案。 可編程式電路方案，同樣也存在一些不足缺陷之處 a，電路設計成本，相比較固定電阻式與可變電阻式要高出一些； b，與可變電阻式類似，單片機需要額外的電源晶片供電； 文末的總結 電源晶片的可調電壓輸出功能，雖然實現的方式含有三種不同的電路設計方案，但三種不同的電路設計方案可歸納總結為 Vout = Vref * （1 + R1 / R2） 1，固定電阻式 改變調節電阻R1與電阻R2的比例關係，達到電源晶片的可調電壓輸出功能； 2，可變電阻式 單片機通過IIC接口，控制改變電阻R2的阻值，達到電源晶片的可調電壓輸出功能； 3，可編程式 單片機通過IIC接口，控制改變晶片的內部參考電壓Vref幅值，達到電源晶片的可調電壓輸出功能； 工程師在實際工作項目開發中， 在面對一些較為簡單的電路項目設計需求，優先選用固定電阻式的電路設計方案，設計成本低廉，方案成熟，易於量產，故障率低； 在面對一些較為複雜且功能多樣化的電路項目設計需求，輸出的電壓可調功能具有軟體任意修改性，優先選用可編程式的電路設計方案，其次再考慮使用可變電阻式的電路設計方案，理由是設計成本以及電路的穩定可靠性。 本文由【晶片哥】原創撰寫，一個只談電子元器件與晶片的工程師，喜歡就關注晶片哥，和晶片哥一起加油吧！

文章來源取自於：

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