【實戰筆記】7.5A穩壓器給足電路安全感

創易棧 發佈 2024-03-06T18:11:16.388301+00:00

在設計電路板的電源部分時,最常用的穩壓器是78XX、79XX、LM317、LM337或類似器件。在設計電路板的電源部分時,最常用的穩壓器是78XX、79XX、LM317、LM337或類似器件。工程師知道這些控制器安全可靠且易於使用,但它們的電流有限。

在設計電路板的電源部分時,最常用的穩壓器是78XX、79XX、LM317、LM337或類似器件。

在設計電路板的電源部分時,最常用的穩壓器是78XX、79XX、LM317、LM337或類似器件。工程師知道這些控制器安全可靠且易於使用,但它們的電流有限。如果需要更大電流,可以使用ADI公司的LT1083穩壓器實現簡單實惠的解決方案

一款強大的穩壓器

LT1083穩壓器(參見圖1中的符號和引腳排列)允許調整正電壓,並能高效地提供高達7.5 A的電流。內部電路設計用於輸入和輸出之間以高達1 V的壓差工作。在最大輸出電流條件下,最大壓差為1.5 V。需要一個10 uF輸出電容。以下是值得注意的一些特性:

  •   可調輸出電壓;
  •   最高7.5 A的電流;
  •   TO220封裝;
  •   內部限制功耗;
  •   最大30 V的差分電壓。

它可用於各種應用,如開關穩壓器、恆流穩壓器、高效率線性穩壓器和電池充電器。本教程探討的型號具有可變且可配置的輸出電壓。還有另外兩個型號——LT1083-5和LT1083-12,其輸出分別穩定在5 V和12 V。

5 V輸出電壓的最小應用圖

圖2顯示了5 V穩壓器的應用參考圖。輸入電壓必須始終大於6.5 V。當然,電路的電源電壓不能過高,因為所有功率最終都會以熱量形式不必要地耗散,從而大大降低系統的效率。該穩壓器通過其三個引腳連接到輸入、輸出和電阻分壓器,後者用於確定輸出電壓的值。強烈建議使用兩個電容器,一個在輸入端,一個在輸出端。該方案具有將輸出電壓穩定在恰好5 V的功能。因此,分壓器由兩個1%精密電阻組成,第一個是121 Ω,第二個是365 Ω。很明顯,用調整器或電位計替換這兩個無源元件,便可實現可變電壓的電源系統。

圖3顯示了負載電流和集成穩壓器功耗的第一次測量結果。仿真是通過測試不同負載值來執行的,負載阻抗在1 Ω到20 Ω範圍。一個非常重要的事實是,即使負載發生很大變化,輸出電壓也非常穩定(始終為5 V)。但是,流經負載的電流以及集成穩壓器的功耗差異極大。只要在製造商設定的工作限值以內,該穩壓器便非常穩定和安全。

該穩壓器設計支持最高1 V的壓差。此壓差與負載電流無關;由於其值較低,最終系統的效率可能非常高。圖4顯示了輸入電壓(0 V到8 V,紅色曲線)和輸出電壓(藍色曲線)的曲線。根據製造商的特性規定,這兩個電壓之間具有大約1 V的有效「壓差」。

即使使用不同實體的負載,集成穩壓器的輸出電壓(值用於電阻分壓器)也非常穩定,如圖5中的曲線所示。

當輸入電壓接近所需的輸出電壓時,效率要高得多。在18 V、12 V和6.5 V的三個不同電源下,使用不同負載值測得以下平均效率。

  •   輸入電壓:18 V,電路效率等於26.71%;
  •   輸入電壓:12 V,電路效率等於40.84%;
  •   輸入電壓:6.5 V,電路效率等於75.37%;

因此,當輸入電壓遠高於輸出電壓時,穩壓器需要更賣力地工作,消耗的能量(以無用的熱量損失掉)也就更多。

溫度影響

即使存在溫度變化,本教程所探討的穩壓器也非常穩定。雖然製造商在官方文件中認證的穩定性為0.5%,但實際獲得的結果更令人滿意。現在我們研究一個與上述第一個方案等效的簡單應用方案,其具有以下靜態特性:

  •   輸入電壓:6.5 V;
  •   輸出電壓:5 V;
  •   輸出端所連負載的阻性阻抗:5 Ω;
  •   負載電流:1 A;
  •   穩壓器功耗:1.51 W。

現在,我們在-10 °C到+100 °C的範圍內改變溫度並運行仿真。通過圖6所示曲線可以發現,在非常寬的溫度範圍內(110 °C溫差),輸出實際上保持恆定。該集成電路非常穩定,在兩個溫度極值下,輸出電壓的最大變化只有6.2 uV。

保護二極體

LT1083穩壓器不需要任何保護二極體,如圖7所示。事實上,新的元件設計由於使用了內部電阻而能夠限制返回電流。此外,集成電路的輸入和輸出之間的內部二極體能夠管理持續數微秒的50 A至100 A電流峰值。因此,調節引腳上的電容器也不是嚴格需要的。只有當電容值大於5000 uF的電容器連接到輸出,同時輸入引腳短接到地時,才可能損壞穩壓器,而這是一個不太可能發生的事件。



如何獲得不同電壓

在輸出引腳和調節引腳之間,存在一個等於+1.25 V的基準電壓。如果將一個電阻放置在這兩個端子之間,則會有一個恆定電流流過該電阻。連接到地的第二電阻具有設置整體輸出電壓的功能。10 mA的電流足以獲得此精確調節。通過實現調整器或電位計,可以創建可變電壓電源。調節引腳上的電流非常低(大約幾微安),可以忽略不計。對於14 V電源,以下是計算這兩個電阻的步驟,圖8中的分壓器圖和圖9顯示的公式中可以看到這些電阻:

輸入電壓Vin必須始終比所需的輸出電壓高出至少1 V,因此Vin 》 15 V;

在輸出引腳和基準引腳之間,始終存在一個1.25 V的電壓;

輸出引腳與基準引腳之間的電阻R1中必須有10 mA的電流;

R1的值等於電阻上的電位差與必須流經其中的電流之比;

基準引腳電壓等於輸出電壓減去固定電壓1.25 V;

電阻R2中也必須流過10 mA的電流,因此可以通過歐姆定律輕鬆算出。

當R1 = 125 Ω且R2 = 1275 Ω時,輸出電壓恰好為14 V。利用3.3 kΩ電位計代替R2電阻,可以獲得電壓為1 V到Vin的可變電源。

結論

3引腳LT1083穩壓器可調且非常易於使用。它具備通常只有高性能穩壓器才提供的多種保護功能。這些保護系統可應對短路情況,並在溫度超過165°C時發生熱關斷。出色的穩定性支持創建高質量的電源系統。要確保完全穩定,需要一個150 uF電解電容或一個22 uF鉭輸出電容。

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