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- 发布日期:2024-09-20 07:28 点击次数:94
线性稳压芯片与DC-DC电源转换芯片相比,最大的优势是输出电压纹波小很多。在电源系统设计和Layout做得比较好的情况下,线性稳压芯片的输出电压纹波峰峰值能小于10mV。对于ADC这种对纹波要求比较高的电路,线性稳压的电源方案是有非常大的优势的。
线性稳压芯片的劣势十分明显,其损耗一直为人诟病,转换效率为输出电压与输入电压的比值,故线性稳压芯片常用于或者说只能用于低压差的电压转换且输出电流较小得场合。常见的线性稳压芯片(例如7805)至少需要确保输入输出压差要大于1.7V,虽然最新的LDO号称可以做到0.1V,但是在实际使用过程中,绝大部分应用场合还是有1V多的压降,损害还是有点高。在使用到线性稳压芯片的地方,负载功率就不宜过大,输出电流最好控制在500mA以下,同时也需要在Layout时将散热考虑进去(例如在芯片背后画一个比较大的地铜皮,多增加几个散热孔增强散热效果)
使用线性稳压芯片还需要注意的是,确保在整个使用过程中,输出电压在任何时候均不得高于输入电压。因为线性稳压芯片的晶体管反向耐压比较低,当输出电压过高于输入电压时,会击穿内部的功率晶体管。有一个比较简单的做法是在线性稳压芯片的输入端、输出端反并联一个低压降的二极管,当输出电压高于输入电压时,通过二极管可以平衡稳压芯片输入端、输出端的电压,保护内部功率晶体管不被反向电压击穿。
其实这篇文章的重点,是学习线性稳压芯片这种思路。不知道读者有没有去想过这样一个问题——线性稳压芯片为什么叫线性稳压芯片?是因为线性稳压芯片在正常工作时,XHSC(小华半导体)芯片 其内部的功率晶体管一直都工作在放大区。读者可以结合自己的实际需求去做一些简单的线性稳压电路。常用的元件有功率型NPN三极管、稳压管、431和普通的NPN三极管即可,示例如下:
图一基于功率三极管和稳压管的线性稳压电路
图一所示例的方案,输入和输出的最小压差只要大于Q1的饱和压降和Q1的Vbe中的大的那个电压值即可,输出电压就等于稳压二极管的额定值减去Q1的Vbe。Rb不可取值过小,不然Vz发热很厉害。
实际使用过程中,DC-DC电源转换方案和线性稳压方案搭配着使用。例如+12V电源需要转换成+5V电源和+3.3V电源——+5V电源上如果没有对电压纹波要求非常高的负载,那么+12V转为+5V就使用DC-DC电源转换方案;如果+3.3V的负载对纹波电压有高要求且负载功率不大,则使用线性稳压方案,且线性稳压电源从+5V取电;如果+3.3V的负载功率大,可以直接从+12V取电。其实现在DC-DC电源转换芯片的工作频率已经非常高了,已经达到了650kHz,只要不是对电压纹波要求特别高的场合,都可以使用DC-DC电源转换方案。
前面既然提到了功率三极管,那么就三极管这一类器件在使用过程中的一些注意事项(不管是不是功率三极管,也不管是NPN型还是PNP型,都是一样的):
1.如果三极管的使用工况是在放大区(不管是图腾柱结构还是普通结构),其实就是在设置静态工作点,合适的静态工作点非常重要;
2.如果三极管用做数字信号的传递,一定要保证三极管在导通时工作在饱和区;
3.驱动小功率的感性负载(例如小风扇、小电机)时,个人认为三极管比MOS更合适,因为三极管的流控型器件,可通过在基极增加电容来减缓三极管的关段速度,减小感性负载在关断时的电压尖峰;
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