如何拓宽控制器的输出电压范围

控制器能够调节最高输出电压：例如，LM5140-Q1能调节的最高输出电压是15V。但在很多应用中（如在一种工业应用中，为可编程逻辑控制器(PLC)和工厂自动化设备供电的标准运行总线为24V），设计工程师需要调节更高的电压。

在本文中，我将介绍如何使用LM5140-Q1为具有24V输出电压、3A负载电流的工业应用提供电源。LM5140-Q1专为需要调节8V以下输出电压的汽车应用而设计。增加一些外部组件后，您可以将LM5140-Q1用于工业应用。

开始设计前，应考虑以下事项：

LM5140-Q1需要一个连接VCCX的外部5V偏置电源。

需要对缓冲放大器进行OR’d二极管配置，以确保启动时的功能运行。

VCCX绝对最高电压是6.5V。

VOUT引脚需要较低的阻抗输入。阻抗足够低的电阻分压器可吸走大量电流，从而影响系统的效率。

LM5140-Q1内部斜率补偿会控制电感器和RSENSE的选择。

图1所示为如何对LM5140-Q1进行配置，使其能够调节15V以上的电压。将VO1设为5V并连接至VCCX。这样会禁用LM5140-Q1的内部调节器，减少控制器的功率耗散。

图1：带输出范围更宽的外部组件的LM5140-Q1图解

您可以使用反馈电阻器，为LM5140-Q1配置可调输出电压，或不使用反馈电阻器，为LM5140-Q1配置两个固定输出电压。请参阅LM5140-Q1数据表了解更多详情。

使用方程1将输出电压设为24V：

其中：VREF= 1.2V。参见图1中的图解。

我建议将RFB1的起点电阻设在10kΩ-20kΩ之间（方程2）：

218 kΩ并非标准的1%电阻值，因此使用：215kΩ

您需要使用两个相同的分压器来感测电流传感电阻器RCS和VO2之间的差分电压。缓冲放大器的输入是高输入阻抗，不会影响电源效率，而放大器的输出是低输入阻抗，可以驱动LM5140-Q1的VOUT2引脚。

LM5140-Q1 CS引脚的绝对最高额定电压为5V。为避免违反绝对最高额定电压值，您应使用电阻分压器网络来降低CS引脚处的电压。使用相同的分压器比率来降低在缓冲放大器输入端感测的电压，以确保在VO2处感测到的电压相同。缓冲放大器的共模电压需要高于在其地面输入端看到的电压。这种情况下，共模电压需要高于(0.7R/1R) x 24V = 16.8V。

VO1或VO2– 或二者，可使用所述的外部电路。使用外部偏置电源为LM5140-Q1VCCX引脚供电。

要计算输出电感器LOUT，使用以下设计步骤，以方程3开始，该方程假设30%的电感脉动电流：

其中，LX是1.0 +/-0.25，FSW是LM5140-Q1的振荡器频率(440kHz)。

因此，我为该应用选择了55µH的电感器。

电感器数值较低时会增加峰间电感器电流，最大限度减小尺寸、降低成本并提高瞬态响应。但是电感器数值较低时，由于均方根(RMS)电流较高，因此会降低效率。

电感器数值较高时会降低峰间电感器电流，并提高效率。您可能需要使用更大的输出电容器来满足既定的瞬态响应要求。

电流传感电阻器

要计算电流传感电阻器的值，需要将最大输出电流(IOUT)乘以120%，以确保电流限制不影响满负荷运转：3.248安培峰值(Apk)的120%是3.89Apk。

分压器会减弱CS引脚和VOUT引脚之间的差分电压，从而影响内部斜率补偿和电流限制设定值。输出电压为24V时，分压器中使用的外部电阻器的比率是0.7。方程7解释了出现这种减弱的原因：

其中，VCS是电流限制设定值，LM5140-Q1的VCS是75mV，A是电阻分压器网络衰减系数，为0.7。

LM5140-Q1专为需要调节8V以下输出电压的汽车应用而设计。加装一些外部组件后，使用本博文中详述的设计方法，可以将LM5140-Q1控制器用于需要输出电压超过CS引脚和VOUT引脚绝对最高额定电压的工业应用。

审核编辑：郭婷