低壓線性穩(wěn)壓器的應(yīng)用技巧

熱力學(xué)中常犯的一個錯誤就是選擇和線性穩(wěn)壓器一樣簡易的裝置。當設(shè)計即將應(yīng)用時，設(shè)計師通常會意識到這個錯誤。更糟的是，由于新型線性穩(wěn)壓器的新功能和規(guī)格，封裝中消散的功率很容易被忽視。這讓穩(wěn)壓器的運行溫度會超過其額定溫度，在實際使用中會引發(fā)故障。

線性穩(wěn)壓器基本上由一個旁路元件和一個控制器組成。該元件是一個晶體管，可以在控制回路的幫助下成為可變電阻器，從而在旁路元件和負荷之間形成一個分壓器。

圖1. 線性穩(wěn)壓器框圖。注意，旁路元件將在其自身和負荷之間形成一個分壓器，起到耗散功率的作用。

人們常常忽略了它并非一個神奇實體的事實： 旁路元件上的電壓會降低，并逐漸升溫。例如，如果圖1中的電路有100毫安的恒定負荷，則可以將其簡化并模擬用于圖2所示的熱目的。當輸入電壓為5V，輸出電壓和功率分別為3.3V和100mA時，旁路元件耗散的功率將達到170MW。

那么，如果輸入電壓為24伏時，會發(fā)生怎樣的變化?此時的耗散功率為(24-3.3)×100 mA =2.07瓦。顯然，這樣的功率可能會使150毫安的微型穩(wěn)壓器產(chǎn)生過多的熱量。運用我們都知道的歐姆定律(V = I * R)重新考慮一下，“當功率變成只有100毫安，或50毫安，或更小的情況的時候。”會使電路更加安全，因此規(guī)律在不知不覺中便得到了印證。

圖2. 穩(wěn)態(tài)下簡化模式的線性穩(wěn)壓器可以顯示功率耗散的位置。

這是我在第一級用來尋找線性穩(wěn)壓器的方法，就是要確定封裝，更重要的是確定封裝中的功率。如要計算功耗，則可非?？焖俚剞D(zhuǎn)到選擇封裝尺寸的問題上來。

1. 計算功耗。線性穩(wěn)壓器僅僅是用來將額外的電壓降轉(zhuǎn)換成熱量的一個可變電阻器：

Pd= (Vi-VOUT)*IOUT(等式1)

2. 計算設(shè)計期望最大工作溫度所需的θjA。θjA是相對于環(huán)境溫度的結(jié)點熱阻抗，基于印刷電路板(攝氏度/ W)的封裝，通常是在150℃的典型最大結(jié)溫(有些部件的最高結(jié)溫可能較低，需在數(shù)據(jù)表上確認)條件下計算出來的。所需θjA應(yīng)為如下方程式：

≤(最高結(jié)溫 - 最高工作溫度)/Pd(等式2)。

1) 濾掉封裝中的器件，這樣θjA比滿足此初始結(jié)溫要求的上述計算結(jié)果要低。在最高結(jié)溫時操作會影響其可靠性。視電路板、氣流、環(huán)境和附近的其他熱源而定，留一定的余量始終是一個很好的設(shè)計實踐。

2) 只要根據(jù)熱需求對該清單進行縮減，則可以大大降低實現(xiàn)其它功能的難度，如：快速瞬態(tài)響應(yīng)、良好的電源狀態(tài)、使能、低噪音等。

3) 測試最終結(jié)果!在實驗室使用熱電偶測試一分鐘比花費數(shù)小時計算更有價值。

使用該熱計算器可簡單計算出熱量值。

可更深入地檢查熱分析，首次分析有助于濾掉無法正常工作的零件，并找出更可能正常工作的零件。