深入解析LM2991QML负低压差可调稳压器

在电子设计领域，稳压器是不可或缺的重要组件，它能够为电路提供稳定的电压，确保设备的正常运行。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）推出的LM2991QML负低压差可调稳压器，了解它的特性、应用以及设计要点。

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一、LM2991QML特性亮点

1. 电压与电流调节能力

LM2991QML的输出电压可在 -2V 至 -25V 范围内进行调节，能够满足多种不同的应用需求。同时，它可以提供超过 1A 的负载电流，为高功率设备提供稳定的电力支持。

2. 低功耗设计

• 低压差电压：在 1A 负载下，典型压差电压仅为 0.6V，这意味着在输入输出电压差较小时，稳压器也能正常工作，减少了能量损耗。
• 低静态电流：在 1A 负载电流且输入输出电压差大于 3V 时，静态电流典型值仅为 1mA。当稳压器处于压差模式（(V{0}-V{1} ≤3 V)）时，独特的内部偏置电源电路设计将静态电流限制在仅 9mA（典型值），进一步降低了功耗。

3. 保护功能完善

• 短路保护：具备内部短路电流限制功能，当输出端发生短路时，能够自动限制电流，保护稳压器和其他电路组件。
• 热关断保护：内部热关断功能带有迟滞特性，当设备温度过高时，会自动关闭，避免因过热损坏。当温度降低后，又能自动恢复工作，提高了设备的可靠性。

4. 控制功能灵活

具有 TTL、CMOS 兼容的 ON/OFF 开关，可实现远程关机功能，方便用户根据实际需求控制稳压器的工作状态。

二、应用领域广泛

1. 后级开关稳压器

在开关电源系统中，LM2991QML可作为后级稳压器，进一步稳定输出电压，提高电源的稳定性和精度。

2. 本地板载调节

对于需要在电路板上进行局部电压调节的应用，LM2991QML能够提供精确的电压输出，满足不同电路模块的需求。

3. 电池供电设备

由于其低功耗特性，LM2991QML非常适合用于电池供电设备，能够有效延长电池的使用寿命。

三、电气特性分析

1. 直流参数

在特定测试条件下（(V{1}=-10 ~V)，(V{O}=-3 ~V)，(I{O}=1 ~A)，(C{O}=47 mu F)，(R{L}=2.7 ~K Omega)），LM2991QML展现出了良好的电气性能。例如，参考电压（(V{Ref})）在不同负载电流和输入电压条件下有一定的波动范围；输出电压范围（(V{O})）可根据输入电压和负载情况进行调节；线路调整率（(V{RLine})）和负载调整率（(V{RLoad})）保证了输出电压的稳定性；压差电压（(V{DO})）在不同负载电流下有相应的数值，确保了稳压器在不同工况下的正常工作。

2. 交流参数

在交流参数方面，纹波抑制比（RR）在特定条件下（(V{Ripple}=1V RMS)，(F{Ripple}=1KHz)，(I_{O}=5mA)）可达 50dB，有效抑制了输出电压中的纹波成分，提高了电源的质量。

3. 直流漂移参数

参考电压（(V_{Ref})）在一定负载电流范围内，其漂移量有一定的限制，保证了输出电压的长期稳定性。

四、典型性能曲线解读

1. 压差电压与输出电流关系

从压差电压与输出电流的关系曲线可以看出，在不同温度下，压差电压随着输出电流的增加而变化。在高温（(T = 150°C)）时，压差电压相对较高；而在低温（(T = -55°C)）时，压差电压相对较低。这对于在不同环境温度下使用稳压器具有重要的参考意义。

2. 输出电压与温度关系

输出电压会随着结温的变化而发生一定的波动。通过观察输出电压与温度的关系曲线，我们可以了解到稳压器在不同温度下的输出特性，从而在设计时考虑温度补偿措施。

3. 其他性能曲线

还有输出噪声电压、静态电流、最大输出电流等性能曲线，这些曲线直观地展示了稳压器在不同条件下的性能表现，帮助工程师更好地进行电路设计和优化。

五、设计要点与应用提示

1. 外部电容选择

• 输入电容：如果稳压器距离输入电源滤波电容超过 6 英寸，或者没有其他输入电容时，需要使用输入电容。推荐使用至少 1µF 的固态钽电容或陶瓷电容，在环境温度不低于 0°C 的情况下，也可以使用铝电解电容（(≥10 mu F)）。
• 输出电容：输出电容的 ESR（等效串联电阻）必须在约 25mΩ 至 10Ω 之间。固态钽电容（(≥1 mu F)）是输出电容的最佳选择，铝电解电容（(≥10 mu F)）在 ESR 处于稳定范围内时也可使用。但由于铝电解电容在低温下 ESR 会显著增加，因此在低温应用中应避免使用。
• 陶瓷旁路电容：应尽量避免在稳压器输出端附近使用分布式陶瓷电容，因为它们可能会导致稳压器的相位裕度降低或产生振荡。

2. 最小负载要求

为了保证稳压器的正常工作，需要有至少 500μA 的最小负载电流。可以通过外部电阻分压器来提供最小负载，将调节引脚到地的电阻设置为 2.4kΩ。

3. 输出电压设置

输出电压可通过外部电阻分压器进行设置，计算公式为 (V{OUT }=V{REF } timesleft(1+R{2} / R{1}right)-left(I{ADJ} × R{2}right))，其中 (V_{REF}=-1.21 ~V)。输出电压可在 -3V 至 -24V 范围内进行编程，通常甚至可以在 -2V 至 -25V 范围内调节。调节引脚电流约为 60nA，会对输出电压产生轻微误差，但使用低于 100kΩ 的电阻可使调节引脚电流的影响忽略不计。

4. ON/OFF 引脚控制

通过向 ON/OFF 引脚施加 TTL 或 CMOS 电平高信号，可以将稳压器关闭，实现灵活的电源管理。

5. 输出正向电压处理

由于内部钳位电路的存在，LM2991QML 能够承受输出端的正向电压。如果拉输出端正向电压的电源为直流，电流必须限制在 1.5A 以内，否则可能会损坏设备。对于持续时间超过 1ms 的正向电压瞬变，应使用肖特基二极管将输出端钳位到地。

六、典型应用电路示例

1. 全隔离后级开关稳压器

如图 16 所示的电路，展示了 LM2991QML 在全隔离后级开关稳压器中的应用。通过合理选择外部元件，可以实现稳定的负电压输出。

2. 可调电流吸收器

图 17 所示的可调电流吸收器电路，利用 LM2991QML 的特性，实现了对电流的精确控制。

七、总结

LM2991QML 负低压差可调稳压器以其出色的性能、完善的保护功能和灵活的控制特性，在电子设计领域具有广泛的应用前景。在设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择外部元件，确保稳压器的正常工作和性能优化。你在使用稳压器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。