高效大電流穩(wěn)壓器電路設(shè)計方案

設(shè)計任何電路板的電源部分時，最常用的穩(wěn)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于使用，但它們的電流有限。如果需要更大電流，可以使用ADI的LT1083穩(wěn)壓器實現(xiàn)簡單實惠的解決方案。

一款強大的穩(wěn)壓器

LT1083穩(wěn)壓器（參見圖1中的符號和引腳排列）允許調(diào)整正電壓，并能高效地提供高達7.5 A的電流。內(nèi)部電路設(shè)計用于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(diào)輸出電壓；

●? ? ?最高7.5 A的電流；

●? ? ?TO220封裝；

●? ? ?內(nèi)部限制功耗；

●? ? ?最大30 V的差分電壓。

它可用于各種應(yīng)用，如開關(guān)穩(wěn)壓器、恒流穩(wěn)壓器、高效率線性穩(wěn)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(wěn)定在5 V和12 V。

圖1：LT1083穩(wěn)壓器

5 V輸出電壓的最小應(yīng)用圖

圖2顯示了5 V穩(wěn)壓器的應(yīng)用參考圖。輸入電壓必須始終大于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(tǒng)的效率。該穩(wěn)壓器通過其三個引腳連接到輸入、輸出和電阻分壓器，后者用于確定輸出電壓的值。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(wěn)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(diào)整器或電位計替換這兩個無源元件，便可實現(xiàn)可變電壓的電源系統(tǒng)。

圖2：5 V輸出電壓的最小但完全能夠正常工作的應(yīng)用方案

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

圖3：5 V穩(wěn)壓器原理圖的測量結(jié)果

該穩(wěn)壓器設(shè)計支持最高1 V的壓差。此壓差與負載電流無關(guān)；由于其值較低，最終系統(tǒng)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(jù)制造商的特性規(guī)定，這兩個電壓之間具有大約1 V的有效“壓差”。

圖4：輸入、輸出和壓差的曲線

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

圖5：曲線顯示了輸出的穩(wěn)定性，其與所使用的負載無關(guān)

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，電路效率等于26.71％；

●? ? ?輸入電壓：12 V，電路效率等于40.84%；

●? ? ?輸入電壓：6.5 V，電路效率等于75.37%；

因此，當輸入電壓遠高于輸出電壓時，穩(wěn)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(wěn)壓器也非常穩(wěn)定。雖然制造商在官方文件中認證的穩(wěn)定性為0.5％，但實際獲得的結(jié)果更令人滿意?，F(xiàn)在我們研究一個與上述第一個方案等效的簡單應(yīng)用方案，其具有以下靜態(tài)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(wěn)壓器功耗：1.51 W。

現(xiàn)在，我們在-10 °C到+100 °C的范圍內(nèi)改變溫度并運行仿真。通過圖6所示曲線可以發(fā)現(xiàn)，在非常寬的溫度范圍內(nèi)（110 °C溫差），輸出實際上保持恒定。該集成電路非常穩(wěn)定，在兩個溫度極值下，輸出電壓的最大變化只有6.2 uV。

圖6：顯示不同工作溫度下輸出電壓變化的曲線

保護二極管

LT1083穩(wěn)壓器不需要任何保護二極管，如圖7所示。事實上，新的元件設(shè)計由于使用了內(nèi)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(nèi)部二極管能夠管理持續(xù)數(shù)微秒的50 A至100 A電流峰值。因此，調(diào)節(jié)引腳上的電容器也不是嚴格需要的。只有當電容值大于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(wěn)壓器，而這是一個不太可能發(fā)生的事件。

圖7：輸出和輸入之間不再需要保護二極管

如何獲得不同電壓

在輸出引腳和調(diào)節(jié)引腳之間，存在一個等于+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，則會有一個恒定電流流過該電阻。連接到地的第二電阻具有設(shè)置整體輸出電壓的功能。10 mA的電流足以獲得此精確調(diào)節(jié)。通過實現(xiàn)調(diào)整器或電位計，可以創(chuàng)建可變電壓電源。調(diào)節(jié)引腳上的電流非常低（大約幾微安），可以忽略不計。對于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的值等于電阻上的電位差與必須流經(jīng)其中的電流之比；

●? ? ?基準引腳電壓等于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松算出。

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。

圖8：獲得任何電壓值所需的分壓器電阻的計算

圖9：計算這兩個電阻的方程

結(jié)論

3引腳LT1083穩(wěn)壓器可調(diào)且非常易于使用。它具備通常只有高性能穩(wěn)壓器才提供的多種保護功能。這些保護系統(tǒng)可應(yīng)對短路情況，并在溫度超過165°C時發(fā)生熱關(guān)斷。出色的穩(wěn)定性支持創(chuàng)建高質(zhì)量的電源系統(tǒng)。要確保完全穩(wěn)定，需要一個150 uF電解電容或一個22 uF鉭輸出電容。

審核編輯：黃飛

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