電源小貼士：教你用分立組件設(shè)計穩(wěn)健低成本的串聯(lián)線性穩(wěn)壓器

作者：時間：2017-10-20 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　有些應(yīng)用需要寬松的輸出調(diào)節(jié)功能以及不到20mA的電流。對這樣的應(yīng)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(yán)格的輸出調(diào)節(jié)功能并需要更大電流的應(yīng)用，則可使用高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/201710/366719.htm

　　圖1：簡單的串聯(lián)穩(wěn)壓器。

　　有兩個與圖1所示電路相關(guān)的設(shè)計挑戰(zhàn)。第一個挑戰(zhàn)是要調(diào)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(shè)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(fù)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(yīng)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(yīng)超過最高輸入電壓Vin_max。

　　·集電極最大允許電流應(yīng)超過最大負(fù)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(dāng)涉及到功耗時，擁有這種靈活性將會簡化以后的設(shè)計過程。筆者為這種應(yīng)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(guān)鍵特性。

　　當(dāng)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(yīng)符合下述要求（方程式1）：

　　（1）

　　對于這種應(yīng)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(dāng)Vo_min = 1.71V且VBE_max= 0.95V時，Vz_min應(yīng)大于2.65V。

　　當(dāng)反向電流IZT = 1mA時，最低反向電壓VZ_min = 2.7V。

　　當(dāng)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(yùn)行條件下，它應(yīng)提供足夠的電流。齊納二極管反向電流IZ應(yīng)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(yùn)行所需的最大基極電流：

　?。?）

　　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(yīng)小于4.26kΩ。筆者使用了一個具有4.22kΩ標(biāo)準(zhǔn)值的電阻器。

　　添加一個用于輸出調(diào)節(jié)的虛擬負(fù)載電阻器

　　當(dāng)負(fù)載電流為零時，輸出電壓達(dá)到最大值。當(dāng)1mA ≤ IZT ≤ 5mA時，VZ最大值為3.8。VBE（on）應(yīng)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(fù)載電阻器，以便在無負(fù)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(dāng)IC = 0.1mA時，VBE（on）大于0.3V。