當前位置:首頁 > 公眾號精選 > 電源系統(tǒng)設計
[導讀]有些應用需要寬松的輸出調節(jié)功能以及不到20mA的電流。對這樣的應用來說,采用分立組件打造的線性穩(wěn)壓器是一種低成本高效益的解決方案(圖1)。而對于具有嚴格的輸出調節(jié)功能并需要更大電流的應用,則可使用高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)。 圖1:簡單的串聯(lián)穩(wěn)壓


有些應用需要寬松的輸出調節(jié)功能以及不到20mA的電流。對這樣的應用來說,采用分立組件打造的線性穩(wěn)壓器是一種低成本高效益的解決方案(圖1)。而對于具有嚴格的輸出調節(jié)功能并需要更大電流的應用,則可使用高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)。


圖1:簡單的串聯(lián)穩(wěn)壓器


有兩個與圖1所示電路相關的設計挑戰(zhàn)。第一個挑戰(zhàn)是要調節(jié)輸出電壓,第二個挑戰(zhàn)是要在短路事件中安然無恙。在這篇文章中,筆者將討論如何用分立組件設計穩(wěn)健的線性穩(wěn)壓器。


下面是一個用來給微控制器供電的示例:

輸入范圍:8.4V至12.6V。

輸出范圍:1.71V至3.7V。

最大負載電流:Io_max = 20mA。

雙極型NPN晶體管的選擇


NPN雙極型晶體管Q1是最重要的組件。筆者首先選擇了這種器件。該晶體管應符合下列要求:


集電極至發(fā)射極和基極至發(fā)射極的擊穿電壓應超過最高輸入電壓Vin_max。

集電極最大允許電流應超過最大負載電流Io_max。

除了這兩項基本要求之外,使用具有備選封裝的組件也是一個好主意。當涉及到功耗時,擁有這種靈活性將會簡化以后的設計過程。筆者為這種應用選擇了具有備選封裝和不同額定功率的NPN晶體管。


下面是筆者所用NPN晶體管的關鍵特性。

當IC = 50mA時:

直流(DC)電流增益hFE = 60;

集電極-發(fā)射極最高飽和電壓VCEsat = 300mV;

基極-發(fā)射極最高飽和電壓VBEsat = 950mV。

齊納二極管Dz的選擇

輸出電壓等于反向齊納電壓VZ減去該晶體管基極至發(fā)射極電壓VBE。因此,最低反向齊納電壓應符合下述要求(方程式1):



(1)

對于這種應用,筆者選用的一個測試條件是IZT = 1mA,并選擇了一個具有以下特性的齊納二極管:


當Vo_min = 1.71V且VBE_max= 0.95V時,Vz_min應大于2.65V。

當反向電流IZT = 1mA時,最低反向電壓VZ_min = 2.7V。

當反向電流IZT = 5mA時,最高反向電壓VZ_max = 3.8V。


基極上拉電阻器RB


電阻器RB可為齊納二極管和晶體管基極提供電流。在運行條件下,它應提供足夠的電流。齊納二極管反向電流IZ應大于1mA,正如筆者在“齊納二極管Dz的選擇”部分所討論的。方程式2可估算出運行所需的最大基極電流:



(2)

其中Hfe_min = 60。因此,IB_max ≈ 0.333mA。

方程式3可計算出RB的值。筆者使用了一個具有1%容差的電阻器。



(3)

故此,RB應小于4.26kΩ。筆者使用了一個具有4.22kΩ標準值的電阻器。

添加一個用于輸出調節(jié)的虛擬負載電阻器


當負載電流為零時,輸出電壓達到最大值。當1mA ≤ IZT ≤ 5mA時,VZ最大值為3.8。VBE(on)應大于0.1V,這樣該穩(wěn)壓器的輸出就能符合要求。此外,筆者還添加了一個虛擬負載電阻器,以便在無負載條件下汲取集電極電流。

圖2顯示,VBE(on)可作為集電極電流IC的函數(shù)。當IC = 0.1mA時,VBE(on) 大于0.3V。



圖2:基極-發(fā)射極導通電壓與集電極電流

方程式4可計算出該虛擬電阻:



(4)

筆者將一個36kΩ的電阻器添加到了該電路,如圖3所示。



圖3:具有虛擬負載電阻器的串聯(lián)穩(wěn)壓器

為短路事件進行的電流限制

圖3所示電路的輸出對地短路將產(chǎn)生較大的集電極電流。一項PSPICE仿真結果表明,集電極電流可高達190mA,見圖4。



圖4:短路仿真結果

晶體管Q1的功耗是2.4W。沒有能應對該功耗的封裝。

為了限制短路電流,筆者添加了一個電阻器RC(從VIN到晶體管Q1的集電極),如圖5所示。



圖5:具有限流電阻器的串聯(lián)穩(wěn)壓器

電阻器RC將會滿足輸出調節(jié)要求,并能在短路事件中耗散功率。筆者可計算出RC的值:


圖6


(5)

VCE_Test是圖1中所用的集電極-發(fā)射極電壓。筆者為RC選擇了一個5%容差的電阻器。采用方程式5,RC應小于271Ω。使用這個估計值,在短路事件中方程式6可計算出最壞情況下的RC功耗:


圖7


(6)

該功耗約為0.56W。筆者選擇了一個1W、270Ω的功率電阻器。對于RC短路功耗更高的應用,您可把多個電阻器串聯(lián)以分擔功耗。

組件應力分析

就電阻器RC而言,在具有最大輸入的短路事件中會發(fā)生最壞情況下的功耗。采用方程式6,可計算出最大功耗為0.59W。

就晶體管Q1而言,因為有限流電阻器RC,所以在短路事件中不會發(fā)生最壞情況下的功耗。在正常運行期間Q1的功耗是集電極電流的函數(shù),如方程式7所示:



(7)

當滿足下列條件時,會發(fā)生最壞的情況:

VIN = VIN_max

VO = VO_min

IC = (VIN_max – VO_min)/(2×RC)

因此,Q1的最大功耗為(VIN_max – VO_min)2/(4×RC)。在本示例中,它是110mW。筆者選擇了一種額定功率為350mW、采用SOT23封裝的小外形晶體管。


至于RB的最大功耗,在具有最大輸入的短路事件中會發(fā)生最壞的情況??鏡B的電壓等于輸入電壓減去VBE(sat)。最大功耗估計為38mW。


在這篇文章中,筆者描述了具有分立組件的穩(wěn)健低成本線性穩(wěn)壓器的設計準則。


-END-

免責聲明:整理本文出于傳播相關技術知識,版權歸原作者所有。

免責聲明:本文內容由21ic獲得授權后發(fā)布,版權歸原作者所有,本平臺僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點,不代表本平臺立場,如有問題,請聯(lián)系我們,謝謝!

電源系統(tǒng)設計

掃描二維碼,關注更多精彩內容

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉