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      利用LT1083構建7.5 A穩壓器

      發布時間:2021-12-29 來源:ADI 責任編輯:wenwei

      【導讀】設計任何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于使用,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,并能高效地提供高達7.5 A的電流。內部電路設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。


      它可用于各種應用,如開關穩壓器、恒流穩壓器、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。


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      圖1:LT1083穩壓器


      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,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。


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      圖2:5 V輸出電壓的最小但完全能夠正常工作的應用方案


      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范圍。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。只要在制造商設定的工作限值以內,該穩壓器便非常穩定和安全。


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      圖3:5 V穩壓器原理圖的測量結果


      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;由于其值較低,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。根據制造商的特性規定,這兩個電壓之間具有大約1 V的有效“壓差”。


      15.jpg

      圖4:輸入、輸出和壓差的曲線


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


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      圖5:曲線顯示了輸出的穩定性,其與所使用的負載無關


      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。

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      ●     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。雖然制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的范圍內改變溫度并運行仿真。通過圖6所示曲線可以發現,在非常寬的溫度范圍內(110 °C溫差),輸出實際上保持恒定。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。


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      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,新的元件設計由于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管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,才可能損壞穩壓器,而這是一個不太可能發生的事件。


      18.jpg

      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


      在輸出引腳和調節引腳之間,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。


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      圖8:獲得任何電壓值所需的分壓器電阻的計算


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      圖9:計算這兩個電阻的方程


      結論


      3引腳LT1083穩壓器可調且非常易于使用。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,并在溫度超過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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