MSK5101系列大電流低壓差穩(wěn)壓器及其應(yīng)用

MSK5101系列大電流低壓差穩(wěn)壓器及其應(yīng)用

摘要：MSK5101是美國(guó)MSKennedy公司研制的一種新型低壓差、大電流、低功耗線性穩(wěn)壓器。該器件具有＋3V、＋5V、＋12V和可調(diào)電壓輸出。最小壓差只有350mV，同時(shí)具有高效率和低功耗特性。文中介紹了MSK5101的主要特征及應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：MSK5101大電流輸出低電壓跌落

１概述

集成穩(wěn)壓器在近十多年發(fā)展很快，目前國(guó)內(nèi)外已發(fā)展到幾百個(gè)品種。按電路的工作方式分，有線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)式集成穩(wěn)壓器。按電路結(jié)構(gòu)形式分，有單片式集成穩(wěn)壓器和組合式集成穩(wěn)壓器。按管腳的連接方式分，有三端式集成穩(wěn)壓器和多端式集成穩(wěn)壓器。按制造工藝分，有半導(dǎo)體集成穩(wěn)壓器、薄膜混合集成穩(wěn)壓器和厚膜混合集成穩(wěn)壓器。而在線性集成穩(wěn)壓器方面，則以低壓差、大電流、小體積的發(fā)展比較迅猛。

ＭＳＫ５１０１是美國(guó)ＭＳＫｅｎｎｅｄｙ公司研制的一種新型低壓差、大電流、低功耗線性穩(wěn)壓器，它有＋３Ｖ、＋５Ｖ、＋１２Ｖ和可調(diào)輸出。輸出晶體管采用單片工藝制造的超級(jí)ＰＮＰ管，所以該系列型號(hào)的輸入輸出電壓差很小。圖１所示是ＭＳＫ５１０１的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

當(dāng)ＭＳＫ５１０１的輸出電流為１．５Ａ?xí)r，其壓差只有３５０ｍＶ，因而它的效率很高，功耗較低。且輸出電壓精度可確保１％。此外，該系列穩(wěn)壓器也具有ＴＴＬ／ＣＭＯＳ兼容的ｏｎ／ｏｆｆ使能腳以及故障信號(hào)輸出腳。ＭＳＫ５１００采用可有效利用空間的１０腳功率型ＳＯＩＣ封裝，并且外殼上帶有散熱器銅接頭。

ＭＳＫ５１０１的體積很小。其外形如圖２所示，尺寸大小為６．３５ｍｍ×６．３５ｍｍ×２．０８ｍｍ，所以在很多有體積和重量限制的大功率穩(wěn)壓器應(yīng)用中，該系列穩(wěn)壓器有很好的性價(jià)比。因此，可廣泛應(yīng)用于高效線性穩(wěn)壓器、恒壓／恒流調(diào)節(jié)器、系統(tǒng)功率源、開關(guān)電源輸出穩(wěn)壓器以及電池供電等設(shè)備。

ＭＳＫ５１０１的主要特點(diǎn)

●采用帶散熱器接頭的緊密型１０腳ＳＯＩＣ封裝形式；

●輸入輸出電壓差非常小，輸出電流為１．５Ａ?xí)r，壓差只有３５０ｍＶ；

●具有３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ和可調(diào)輸出；

●采用開路集電極誤差信號(hào)輸出方式；

●帶有ＴＴＬ電平使能腳；可零電流關(guān)斷；

●帶有電源反接保護(hù)和負(fù)載短路保護(hù)功能；

●接地端電流只有２２ｍＡ；

●輸出電壓精度可達(dá)１％；

●輸出電流可達(dá)１．５Ａ。

２主要參數(shù)

ＭＳＫ５１０１的主要電氣性能參數(shù)如表１所列。

表1MSK5101的主要電氣性能參數(shù)參數(shù)名稱測(cè)試條件MSK5101系列單位最小典型最大輸出電壓公差I(lǐng)out=1A，Vin=Vout+1V±±%輸入輸出電壓差Δvout=-1%，Iout=100mA80225mVΔvout=-1%，Iout=350625mV負(fù)載調(diào)整率Vin=Vout+5V±±%10mA≤Iout≤±%電源調(diào)整率≤Vin≤26VIout=10mA±±%±%輸出限流值Vout=0V，Vin=Vout+1V接地端電流Vin=Vout+1V，Iout=820mA輸出噪聲Vin=Vout+1V，Iout=22mA使能腳輸入電壓CL=10μF，10Hz≤f≤100kHZ400μV使能腳輸入電壓高電平/導(dǎo)通V低電平/關(guān)斷使能腳輸入電流高電平/導(dǎo)通2075μA低電平/關(guān)斷12μA關(guān)斷輸出電流VENABLE≤08V1020μA輸出漏電流VOH=26VμA信號(hào)輸出電壓IOL≤250μA，Vin=Vout-2V信號(hào)門限Vin=Vout-7%75mV基準(zhǔn)電壓正常工作基準(zhǔn)電壓溫漂正常工作20PPm/℃調(diào)整腳偏置電流全部溫度范圍，Vin=Vout+1V40150mA熱阻結(jié)到外殼℃/W過(guò)熱關(guān)斷溫度結(jié)溫JT1135℃

３應(yīng)用說(shuō)明

３．１穩(wěn)壓器保護(hù)

ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器具有輸入電源極性反接、過(guò)電流、超溫和瞬態(tài)電壓尖峰達(dá)到６０Ｖ等各種保護(hù)功能，若將該穩(wěn)壓器用于負(fù)載接負(fù)電源的雙電源中，則輸出電壓必須采用二極管箝位到地。

３．２輸出電容

在輸出端與接地端之間接入一只

濾波電容可以減?。停耍樱担保埃毕盗蟹€(wěn)壓器的輸出電壓紋波，該電容的最佳容量取決于應(yīng)用情況，但至少應(yīng)在１０μＦ以上。也可在負(fù)載兩端直接接入一只電容器來(lái)改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)能力。

３．３負(fù)載連接

在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)穩(wěn)壓器負(fù)載電流很大時(shí)，負(fù)載的接法非常重要。為了不影響負(fù)載調(diào)整率，穩(wěn)壓器輸出到負(fù)載之間連線的阻抗必須非常小，因?yàn)樵撟杩箍膳c負(fù)載組成分壓器。為了保持穩(wěn)壓，ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器的最小負(fù)載電流應(yīng)為１０ｍＡ。

３．４使能管腳

ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器有一個(gè)與ＴＴＬ信號(hào)兼容的使能管腳，在該腳為ＴＴＬ高電平時(shí)，內(nèi)部偏壓電路工作，并使穩(wěn)壓器電源接通。而當(dāng)該腳為ＴＴＬ低電平時(shí)，內(nèi)部控制器關(guān)斷，此時(shí)流入該器件的靜態(tài)電流只有５μＡ。如果不需要使能功能，使能管腳可接到輸入腳。

３．５故障信號(hào)輸出腳

ＭＳＫ５１０１系列中所有固定輸出電壓的穩(wěn)壓器產(chǎn)品都有一個(gè)故障信號(hào)輸出腳。因?yàn)樾盘?hào)輸出腳內(nèi)為開路集電極輸出電路，該腳電壓可以上升到３Ｖ～２６Ｖ之間的任意電壓。這種特性允許該腳與任意邏輯電平接口。當(dāng)信號(hào)比較器檢測(cè)到“不穩(wěn)壓”狀態(tài)時(shí)，該腳輸出有效低電平。ＭＳＫ５１０１的故障信號(hào)狀態(tài)包括輸入電壓過(guò)低、超溫關(guān)斷和輸出限流等。實(shí)際上，當(dāng)輸入電壓瞬態(tài)過(guò)高時(shí)，故障信號(hào)管腳也將輸出高電平。

３．６散熱器選擇

采用對(duì)流散熱時(shí)應(yīng)按下式選擇ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器所需的散熱器

ＴＪ＝ＰｄＴａ

式中：ＴＪ為結(jié)溫；

Ｐｄ為總功耗；

Ｒθｊｃ為結(jié)到外殼的熱阻；

Ｒθｃｓ為外殼到散熱器的熱阻；

Ｒθｓａ為散熱器到環(huán)境的熱阻；

Ｔａ為環(huán)境溫度。

設(shè)計(jì)時(shí)，可首先按下式計(jì)算出功耗Ｐ

Ｐ＝×Ｉｏｕｔ

然后，再選擇最高結(jié)溫。一般最高允許結(jié)溫為１２５℃。為了計(jì)算所需散熱器到環(huán)境的熱阻，應(yīng)將上述結(jié)溫的表示式整理為：

Ｒθｓａ＝[／Ｐｄ]－Ｒθｊｃ－Ｒθｃｓ

以下為根據(jù)此式列出的一個(gè)散熱器選擇的實(shí)例

若ＭＳＫ５１０１＿３．３型穩(wěn)壓器的輸入Ｖｉｎ為＋５Ｖ輸出Ｖｏｕｔ為＋３．３Ｖ連續(xù)直流電流Ｉｏｕｔ為１Ａ。環(huán)境溫度為＋２５℃，最高結(jié)溫為１２５℃。Ｒθｊｃ為５℃／Ｗ，Ｒθｓａ為０．５℃／Ｗ。則

Ｐ＝×１Ａ＝１．７Ｗ

Ｒθｓａ＝[／１．７Ｗ]－５℃／Ｗ－０．５℃／Ｗ＝５３．３２℃／Ｗ

因此，在該例中，為了保證結(jié)溫不超過(guò)１２５℃，應(yīng)選用熱阻小于５３℃／Ｗ的散熱器。

４ＭＳＫ５１０１－００的輸出電壓調(diào)整電路

ＭＳＫ５１０１－００是一種輸出電壓可調(diào)的高性能穩(wěn)壓器。用它設(shè)計(jì)的輸出電壓調(diào)整電路如圖３所示。圖中，串聯(lián)電阻Ｒ１和Ｒ２應(yīng)根據(jù)所需通過(guò)的最小穩(wěn)壓器輸出電流來(lái)選擇。

ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器是一種高導(dǎo)熱器件，外殼散熱器到內(nèi)部ＰＮ結(jié)的導(dǎo)熱通路非常短。