教你用分立組件設(shè)計(jì)穩(wěn)健低成本的串聯(lián)線(xiàn)性穩(wěn)壓器

筆者將一個(gè)36kΩ的電阻器添加到了該電路，如圖3所示。

圖3：具有虛擬負(fù)載電阻器的串聯(lián)穩(wěn)壓器

為短路事件進(jìn)行的電流限制

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

圖4：短路仿真結(jié)果

晶體管Q1的功耗是2.4W。沒(méi)有能應(yīng)對(duì)該功耗的封裝。

為了限制短路電流，筆者添加了一個(gè)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(huì)滿(mǎn)足輸出調(diào)節(jié)要求，并能在短路事件中耗散功率。筆者可計(jì)算出RC的值：

(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(gè)5%容差的電阻器。采用方程式5，RC應(yīng)小于271Ω。使用這個(gè)估計(jì)值，在短路事件中方程式6可計(jì)算出最壞情況下的RC功耗：

(6)

該功耗約為0.56W。筆者選擇了一個(gè)1W、270Ω的功率電阻器。對(duì)于RC短路功耗更高的應(yīng)用，您可把多個(gè)電阻器串聯(lián)以分擔(dān)功耗。

組件應(yīng)力分析

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

就晶體管Q1而言，因?yàn)橛邢蘖麟娮杵鱎C，所以在短路事件中不會(huì)發(fā)生最壞情況下的功耗。在正常運(yùn)行期間Q1的功耗是集電極電流的函數(shù)，如方程式7所示：

圖7

(7)

當(dāng)滿(mǎn)足下列條件時(shí)，會(huì)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(huì)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(jì)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(xiàn)性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。