設(shè)計人員經(jīng)常面臨保護電源免受突然短路或持續(xù)高電流消耗的挑戰(zhàn)，因為負載在許多工業(yè)和汽車應(yīng)用中的行為可能無法預(yù)測。低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器通常為這些負載供電，但沒有內(nèi)置保護。在這篇文章中，我們將討論一個有效增加 LDO 穩(wěn)壓器阻抗的概念，從而保護輸入免受不可預(yù)測的負載條件的影響。
圖 1 顯示了單通道LP2951的基本內(nèi)部功能。在右側(cè)，您可以看到依次連接了兩個電阻。當該器件連接到 5V 穩(wěn)壓輸出時，V TAP直接連接到反饋，而檢測直接連接到輸出。請注意，這會在輸出電壓和地之間產(chǎn)生一個分壓器，并將降低的電壓發(fā)送到誤差放大器。這個反饋回路使輸出保持在 5V。
圖 1：LP2951的功能圖
使用設(shè)備內(nèi)部的兩個電阻器只是配置它的一種方法。通過使用外部分壓器，可以選擇器件輸出范圍內(nèi)的任何電壓。數(shù)據(jù)表中描述了執(zhí)行此操作的過程，但在輸出上保持特定電壓很簡單。通過使用外部電路，該部分的電流限制可以從出廠設(shè)置降低到用戶可選擇的水平。例如，讓我們看看如果電流消耗變得過高，您將如何使用這種技術(shù)來降低輸出電壓。
圖 2： LP2951的限流電路
圖 2 顯示了使用的完整電路。由于輸入電流與輸出電流相同，因此可以在輸入側(cè)放置分流電阻，直接監(jiān)測輸出電流，而不影響輸出電壓。
在右側(cè)，輸入饋入分流電阻，然后直接饋入 V IN引腳。在沒有電流流動的情況下，R shunt上的電壓為零，PNP 晶體管的 V EB也為零，這意味著晶體管將關(guān)閉，沒有電流流過 R C。增加的PNP電路對圖左側(cè)的分壓器沒有影響，LP2951正常工作。請參見下面的等式示例。
(1)
一旦一些電流開始流過 R shunt，它將產(chǎn)生電壓并最終將打開 PNP 晶體管，因為 V BE > V F并且晶體管將導(dǎo)通。晶體管將迫使額外的電流進入反饋節(jié)點，輸出也會相應(yīng)改變。通過確定所需的截止電流 I cutoff并使用等式 1 來計算分流電阻值。
反饋處增加的電壓將使LP2951 “認為”它輸出的電壓超過了所需的電壓，并且輸出電壓會降低。該電路的優(yōu)點在于分流電阻值選擇了輸出電流限制。較大的電阻會在較低的電流下產(chǎn)生閾值電壓，并且會更快地滾降輸出電壓。R C的值允許設(shè)計人員通過控制添加到節(jié)點的電流量來選擇輸出端的最終滾降值。
滿足此比率的任何 R 1和 R 2值都可以工作，但為了降低功耗，10 到 100 kΩ 范圍內(nèi)的值是最好的。選擇R 2為10kΩ，R 1很容易計算為30.49kΩ。使用 33kΩ 的標準值不會導(dǎo)致太大的誤差 (V OUT = 4.977V)。見公式 2：
(2)
為了強制輸出到較低的電壓，您需要誘使設(shè)備認為輸出正在增加，這意味著您需要在反饋節(jié)點處強制提高電壓。您需要添加的電壓量是通過推測輸出達到較低電壓并計算 5V 時的反饋節(jié)點電壓與所選較低電壓之間的差值來確定的。5V 的反饋電壓將為 1.235V（根據(jù)定義），較低電壓的電壓將由公式 3 定義：
(3)
兩個電壓之間的差異是您必須添加到節(jié)點以強制輸出到較低電壓，或。要將所需電壓添加到反饋節(jié)點，必須有額外的電流通過該電阻器。公式 4 計算所需的電流量：
(4)
R B的值并不重要，因為在這個電路中通過它的電流很小。我們推薦 10k 的值，但從 1k 到 100k 的任何值都可以接受。
現(xiàn)在已找到所需的集電極電流，您可以計算最終組件值。R C使用基爾霍夫電壓定律計算，通過晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)和分流電阻器繪制一個回路。見公式 5：
(5)
您可以假設(shè) I B R B大約為零，因此唯一剩下的未知數(shù)是 V EB和 R C。所選晶體管的數(shù)據(jù)表將包含 V EB，之后您可以輕松計算 R C。
LP2951使設(shè)計人員能夠通過一個簡單的電阻網(wǎng)絡(luò)來控制其輸出。通過正確使用有源元件，您可以將輸出連接到輸入電流并保護敏感電路。該電路當然不是唯一可用的解決方案，但它是一個任何人都可以測試和使用的簡單解決方案。
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