電源電路，作為項(xiàng)目系統(tǒng)的電壓與電流提供者，它的好壞直接影響整個(gè)電路工作的穩(wěn)定性與可靠性，這是一個(gè)工程師眾所周知的事實(shí)；因此，工程師在進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì)的過程中，就會(huì)根據(jù)項(xiàng)目系統(tǒng)的功能要求，選擇一個(gè)合適的匹配方案。

電源電路，按照輸出電壓的可調(diào)性，可以分為兩類

一類為固定型：如1117-5.0V電源芯片的電源電路，其輸出的電壓被固定在5.0V，不具可調(diào)性；

一類為可調(diào)型：如LM2596電源芯片的電源電路，其輸出的電壓具有可調(diào)性，并非固定值；

電源電路

工程師在設(shè)計(jì)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(jiǎn)單，只需依據(jù)電源芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格書提供的參考電路，按照項(xiàng)目的實(shí)際需求，對(duì)外圍器件參數(shù)進(jìn)行稍微的調(diào)整，即可完成電源電路的方案設(shè)計(jì)。

如果是可調(diào)性類別，其電路原理圖方案的設(shè)計(jì)，相對(duì)于固定型類別，較為復(fù)雜一些，除了可以參考電源芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格書提供的參考電路，還需引入工程師額外的電路設(shè)計(jì)；原因主要表現(xiàn)在電源芯片的輸出電壓可調(diào)功能，它具有三種實(shí)現(xiàn)形式；工程師可以通過這三種不同的可調(diào)電源的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電路項(xiàng)目的功能。

電源芯片的可調(diào)電壓輸出，其實(shí)現(xiàn)方案具體是包含哪三種電路設(shè)計(jì)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芯片的可變電壓輸出功能，以LM2596電源芯片為例說明，詳細(xì)闡述它的固定電阻式電路設(shè)計(jì)過程。

LM2596電源芯片

查看數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格書，LM2596電源芯片屬于帶有輸出電壓可調(diào)功能的降壓式DC-DC電源芯片，最大輸入VIN電壓為40V，輸出電壓范圍可以達(dá)到1.23V~37V，輸出電流能力1A；芯片的引腳定義

• Pin 1引腳VIN ：芯片的電源輸入引腳；

• Pin 2引腳ON ：芯片的使能控制引腳，低電平有效；

• Pin 3引腳GND：芯片的參考地引腳；

• Pin 4引腳FB ：芯片的輸出反饋引腳，調(diào)節(jié)輸出電壓功能；

• Pin 5引腳OUT：芯片的電壓輸出引腳；

了解完LM2596電源芯片的基本電路功能以及芯片引腳定義，其典型應(yīng)用電路圖

LM2596應(yīng)用電路圖

在LM2596電源芯片應(yīng)用電路圖中，電阻R2與電阻R3的作用就是實(shí)現(xiàn)電壓輸出的可調(diào)功能；輸出的可調(diào)電壓與電阻R2和電阻R3的阻值量化關(guān)系

Vout = Vref * （1 + R2 / R3）

其中Vref = 1.23V，R3的阻值被限定在1K~5K范圍內(nèi)；

工程師調(diào)節(jié)電阻R2與電阻R3的阻值比例關(guān)系，就可以達(dá)到改變電源芯片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(shí)現(xiàn)可變電壓的輸出效果；雖然這種電路設(shè)計(jì)方案能達(dá)到功能，但也存在一些缺陷，具體表現(xiàn)為

在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中，電阻R2與電阻R3的阻值一旦被確定下來(lái)，LM2596電源芯片的輸出電壓就被相應(yīng)的唯一確定，無(wú)法調(diào)節(jié)變更；換言之，LM2596電源芯片的電壓輸出可調(diào)功能，是利用電阻R2與電阻R3的阻值可調(diào)關(guān)系，假如電阻R2與電阻R3的阻值被固定，電壓的輸出可調(diào)功能也就被固定，不再具有可調(diào)功能，失去了可調(diào)效果；

這也是為什么此電路設(shè)計(jì)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(diǎn)，就能較好地解決這個(gè)存在的不足之處。

工程師可能會(huì)心存疑問，什么是可變電阻式方案？可變電阻式方案是如何解決固定電阻式這個(gè)方案缺陷的呢？仍然以電源芯片LM2596的應(yīng)用電路圖為案例說明

既然LM2596電源芯片的輸出電壓可調(diào)功能，是可以通過調(diào)節(jié)兩個(gè)固定電阻R2與電阻R3的阻值實(shí)現(xiàn)，那么假如工程師選用滑動(dòng)變阻器來(lái)代替電阻R2呢？效果會(huì)是如何呢？

在LM2596電源芯片的應(yīng)用電路圖中，將滑動(dòng)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(diào)節(jié)，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(dòng)變阻器

一個(gè)基本的電路常識(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值，是隨著上面的滑動(dòng)觸點(diǎn)位置改變而改變的，觸點(diǎn)位置不同，滑動(dòng)變阻器呈現(xiàn)的阻值也不同。

為了更好的適應(yīng)小體積尺寸的電路設(shè)計(jì)要求，工程師可以選擇數(shù)字電位器芯片TPL0401代替?zhèn)鹘y(tǒng)體積較大且需要手動(dòng)調(diào)節(jié)的滑動(dòng)變阻器。

喜歡追根溯源的工程師，電路設(shè)計(jì)水平不會(huì)差；在詳細(xì)向工程師介紹可變電阻式電路方案之前，首先需要對(duì)數(shù)字電位器芯片TPL0401做個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。

數(shù)字電位器芯片TPL0401是一個(gè)具有128位置分辨率的可調(diào)電阻器，最大輸出阻值為10K，與單片機(jī)的通訊接口為IIC方式。

數(shù)字電位器芯片TPL0401引腳定義

TPL0401芯片引腳定義圖

• Pin 1引腳VDD：芯片的電源輸入引腳；

• Pin 2引腳GND：芯片的參考地引腳；

• Pin 3引腳SCL：芯片的IIC串口通信時(shí)鐘信號(hào)引腳，IIC通訊功能；

• Pin 4引腳SDA：芯片的IIC串口通信數(shù)據(jù)信號(hào)引腳；IIC通訊功能；

• Pin 5引腳W ：芯片的電阻阻值輸出引腳；

• Pin 6引腳H ：芯片的電阻工作端引腳；

了解完數(shù)字電位器芯片TPL0401的基本功能后，再來(lái)看一下它的簡(jiǎn)化電路應(yīng)用圖，更容易地有效幫助工程師理解

TPL0401芯片簡(jiǎn)化電路圖

在數(shù)字電位器芯片TPL040簡(jiǎn)化電路圖中，左邊SCL與SDA直接連接單片機(jī)的IIC通訊接口，芯片的W引腳與H引腳短接，直接代替電源芯片LM2596的應(yīng)用電路圖中的電阻R2。

由電源芯片LM2596與數(shù)字電位器芯片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(jī)的軟件程序，借助IIC通訊，控制并調(diào)節(jié)數(shù)字電位器TPL0401芯片W腳輸出的電阻阻值，依據(jù)電源芯片LM2596的輸出電壓關(guān)系式

Vout = Vref * （1 + R2 / R3）= Vref * （1 + D / （128 * R3））

其中Vref = 1.23V，R2為數(shù)字電位器TPL0401芯片的輸出電阻阻值D / 128，受單片機(jī)軟件程序控制，D為單片機(jī)通過IIC控制輸出的二進(jìn)制所對(duì)應(yīng)的數(shù)字值，工程師就實(shí)現(xiàn)了電源芯片LM2596的輸出電壓可調(diào)功能。

至此，工程師相信理解了可變電阻式的電路設(shè)計(jì)方案原理和它的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。之所以稱之為可變電阻式方案，主要是因?yàn)閿?shù)字電位器TPL0401輸出的電阻阻值是由單片機(jī)控制，屬于自由可變更改調(diào)節(jié)的范疇。

研究可變電阻式電路方案，也并非十全十美，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(gè)方面：

其一：數(shù)字電位器芯片TPL0401輸出的電阻阻值D / 128，為非連續(xù)值，屬于離散型，原因是D為單片機(jī)通信的二進(jìn)制值，所以輸出的電壓不具有連續(xù)性；

其二：數(shù)字電位器芯片TPL0401與單片機(jī)的工作電源，需要額外的電源芯片提供，這是因?yàn)殡娫葱酒琇M2596輸出的電壓在可調(diào)的過程中，可能不適合提供其他芯片供電；

03 可編程式

在綜合分析固定電阻式與可變電阻式兩個(gè)電路方案后，可以得出的基本結(jié)論：

電源芯片的可調(diào)電壓輸出功能，其電路的設(shè)計(jì)方案依據(jù)是輸出的電壓量化關(guān)系式，參考為

Vout = Vref * （1 + R2 / R3），其中Vref為電源芯片的參考電壓；

固定電阻式方案是通過調(diào)節(jié)電阻R2與電阻R3阻值的比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)功能；可變電阻式方案是單片機(jī)通過軟件程序控制數(shù)字電位器芯片TPL0401輸出的電阻阻值，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)功能；這兩種方案均是通過改變電阻的關(guān)系，達(dá)到電路設(shè)計(jì)的功能。

除了這種改變電阻的關(guān)系，能達(dá)到這種輸出電壓的可調(diào)功能之外，是否存在其他的完全不同的方式，也能達(dá)到輸出電壓的可調(diào)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(jìn)了一步，恭喜恭喜~~~

可編程式的電路設(shè)計(jì)方案就能解決與回答這個(gè)問題，它的核心設(shè)計(jì)方案是通過調(diào)節(jié)電源芯片的參考電壓Vref值，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)功能。

以MPS電源芯片MP8864為案例，進(jìn)行深入的剖析

3.1 電源芯片MP8864基本特性

電源芯片MP8864，是一個(gè)具有IIC通信功能的數(shù)字穩(wěn)壓器，也屬于降壓型的DC-DC電源芯片，最大輸入電壓為21V，輸出電流為4A；電源芯片內(nèi)部的參考電壓Vref，具有軟件編程可控性，且Vref參考電壓幅值變化范圍為0.6V~1.87V，以10mV的步進(jìn)修改調(diào)整；

3.2 電源芯片MP8864應(yīng)用電路圖

在電源芯片MP8864應(yīng)用電路圖中，輸出的電壓依舊遵從之前的關(guān)系式

電源芯片MP8864應(yīng)用電路圖

Vout = Vref * （1 + R1 / R2），Vref為芯片的參考電壓值；單片機(jī)借助于IIC通信接口，與電源芯片MP8864保持信息數(shù)據(jù)交換，可以實(shí)現(xiàn)控制電源芯片的內(nèi)部參考電壓Vref的幅值，繼而達(dá)到了輸出電壓的可調(diào)功能效果。

一言以蔽之，工程師利用單片機(jī)的軟件程序具有可編程性，通過IIC通訊方式，修改調(diào)整電源芯片的內(nèi)部參考電壓Vref幅值，實(shí)現(xiàn)輸出的電壓可調(diào)功能，這就是可編程式電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jī)需要額外的電源芯片供電；

文末的總結(jié)

電源芯片的可調(diào)電壓輸出功能，雖然實(shí)現(xiàn)的方式含有三種不同的電路設(shè)計(jì)方案，但三種不同的電路設(shè)計(jì)方案可歸納總結(jié)為

Vout = Vref * （1 + R1 / R2）

1，固定電阻式

改變調(diào)節(jié)電阻R1與電阻R2的比例關(guān)系，達(dá)到電源芯片的可調(diào)電壓輸出功能；

2，可變電阻式

單片機(jī)通過IIC接口，控制改變電阻R2的阻值，達(dá)到電源芯片的可調(diào)電壓輸出功能；

3，可編程式

單片機(jī)通過IIC接口，控制改變芯片的內(nèi)部參考電壓Vref幅值，達(dá)到電源芯片的可調(diào)電壓輸出功能；

工程師在實(shí)際工作項(xiàng)目開發(fā)中，

在面對(duì)一些較為簡(jiǎn)單的電路項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求，優(yōu)先選用固定電阻式的電路設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)成本低廉，方案成熟，易于量產(chǎn)，故障率低；

在面對(duì)一些較為復(fù)雜且功能多樣化的電路項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求，輸出的電壓可調(diào)功能具有軟件任意修改性，優(yōu)先選用可編程式的電路設(shè)計(jì)方案，其次再考慮使用可變電阻式的電路設(shè)計(jì)方案，理由是設(shè)計(jì)成本以及電路的穩(wěn)定可靠性。