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【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】教你用分立組件設(shè)計穩(wěn)健低成本的串聯(lián)線性穩(wěn)壓器當(dāng)IC=50mA時:
直流(DC)電流增益hFE=60;
集電極-發(fā)射極飽和電壓VCEsat=300mV;
基極-發(fā)射極飽和電壓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,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,反向電壓VZ_min=2.7V。
當(dāng)反向電流IZT=5mA時,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可估算出運行所需的基極電流:
(2)
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,輸出電壓到達(dá)值。當(dāng)1mA≤IZT≤5mA時,VZ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。
圖2:基極-發(fā)射極導(dǎo)通電壓與集電極電流
方程式4可計算出該虛擬電阻:
(4)
筆者將一個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
為短路事件開展的電流限制
圖3所示電路的輸出對地短路將產(chǎn)生較大的集電極電流。一項PSPICE仿真結(jié)果說明,集電極電流可高達(dá)190mA,見圖4。
圖4:短路仿真結(jié)果
晶體管Q1的功耗是2.4W。沒有能應(yīng)對該功耗的封裝。
為了限制短路電流,筆者添加了一個電阻器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將會滿足輸出調(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5%容差的電阻器。采用方程式5,RC應(yīng)小于271Ω。使用這個估計值,在短路事件中方程式6可計算出壞情況下的RC功耗:
(6)
該功耗約為0.56W。筆者選擇了一個1W、270Ω的功率電阻器。對于RC短路功耗更高的應(yīng)用,您可把多個電阻器串聯(lián)以分擔(dān)功耗。
組件應(yīng)力分析
就電阻器RC而言,在具有輸入的短路事件中會發(fā)生壞情況下的功耗。采用方程式6,可計算出功耗為0.59W。
就晶體管Q1而言,因為有限流電阻器RC,所以在短路事件中不會發(fā)生壞情況下的功耗。在正常運行期間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)滿足以下條件時,會發(fā)生壞的情況:
VIN=VIN_max
VO=VO_min
IC=(VIN_max-VO_min)/(2×RC)
因此,Q1的功耗為(VIN_max-VO_min)2/(4×RC)。在本例如中,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的功耗,在具
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