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利用LT1083构建7.5A稳压器

2021-11-02 16:03:31 Giovanni Di Maria 阅读:
设计任何电路板的电源部分时,最常用的稳压器是78XX、79XX、LM317、LM337或类似器件。这些控制器安全可靠且易于使用,但它们的电流有限。如果需要更大电流,可以使用ADI公司的LT1083稳压器来实现简单实惠的解决方案。

设计任何电路板的电源部分时,最常用的稳压器是78XX、79XX、LM317、LM337或类似器件。工程师知道这些控制器安全可靠且易于使用,但它们的电流有限。如果需要更大电流,可以使用ADI公司的LT1083稳压器来实现简单实惠的解决方案。GXFednc

一款强大的稳压器

LT1083稳压器(参见1中的符号和引脚排列)允许调整正电压,并能高效地提供高达7.5A的电流。内部电路设计用于在输入和输出之间以高达1V的压差进行工作。在最大输出电流条件下,最大压差为1.5V。外部需要一个10μF输出电容。以下是值得注意的一些特性:GXFednc

  • 可调输出电压;
  • 最大7.5A电流;
  • TO220封装;
  • 内部限制功耗;
  • 最大30V的差分电压。

它可用于如开关稳压器、恒流稳压器、高效率线性稳压器和电池充电器的各种应用。本文所探讨的型号具有可变且可配置的输出电压。还有另外两个型号——LT1083-5和LT1083-12,其输出分别稳定在5V和12V。GXFednc

GXFednc

图1:LT1083稳压器。GXFednc

5V输出电压的最小应用图

图2显示了5V稳压器的应用参考图。输入电压必须始终大于6.5V。当然,电路的电源电压不能过高,因为所有功率最终都会以热量形式不必要地耗散,从而大大降低系统的效率。该稳压器通过其三个引脚连接到输入、输出和电阻分压器,后者用于确定输出电压的值。强烈建议使用两个电容器,一个在输入端,一个在输出端。该方案能够将输出电压恰好稳定在5V。因此,分压器由两个1%精密电阻组成,第一个是121Ω,第二个是365Ω。很明显,用调整器或电位计替换这两个无源元件,便可实现可变电压的电源系统。GXFednc

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图2:5V输出电压的最小但完全能够正常工作的应用方案。GXFednc

图3显示了负载电流和集成稳压器功耗的第一次测量结果。仿真是通过测试不同负载值来执行的,负载阻抗在1Ω到20Ω范围。一个非常重要的事实是,即使负载发生很大变化,输出电压也非常稳定(始终为5V)。但是,流经负载的电流以及集成稳压器的功耗差异极大。只要在制造商设定的工作限值以内,该稳压器便非常稳定和安全。GXFednc

GXFednc

图3:5V稳压器原理图的测量结果。GXFednc

该稳压器设计支持最高1V的压差。此压差与负载电流无关;由于其值较低,最终系统的效率可能非常高。图4所示的曲线分别为输入电压曲线(0V到8V,红色)和输出电压曲线(蓝色)。根据制造商的特性规定,这两个电压之间具有大约1V的有效“压差”。GXFednc

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图4:输入和输出曲线以及压差。GXFednc

即使使用不同实体的负载,集成稳压器的输出电压(其值用于电阻分压器)也非常稳定,如图5中的曲线所示。GXFednc

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图5:此曲线显示了输出的稳定性,其与所使用的负载无关。GXFednc

当输入电压接近所需的输出电压时,效率要高得多。在18V、12V和6.5V三个不同电源下,使用不同负载值所测得的平均效率如下所示。GXFednc

  • 输入电压为18V时,电路效率等于26.71%;
  • 输入电压为12V时,电路效率等于40.84%;
  • 输入电压为6.5V时,电路效率等于75.37%。

因此,当输入电压远高于输出电压时,稳压器需要更“卖力”地工作,所消耗的能量(以无用的热量损失掉)也就更多。GXFednc

温度影响

即使存在温度变化,本文所探讨的稳压器也非常稳定。虽然制造商在官方文件中所认证的稳定性为0.5%,但实际获得的结果更令人满意。现在来研究一个与上述第一个方案等效的简单应用方案,其静态特性如下:GXFednc

  • 输入电压:6.5V;
  • 输出电压:5V;
  • 输出端所连负载的阻性阻抗:5Ω;
  • 负载电流:1A;
  • 稳压器功耗:1.51W。

现在就可以通过在-10℃到+100℃的范围内改变温度来运行仿真。通过图6所示曲线可以发现,在非常宽的温度范围内(110℃温差),输出实际上保持恒定。该集成电路非常稳定,在两个温度极值下,输出电压的最大变化只有6.2μV。GXFednc

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图6:此曲线显示了不同工作温度下的输出电压变化。GXFednc

保护二极管

LT1083稳压器不需要任何保护二极管,如图7所示。事实上,新的元件设计由于使用了内部电阻而能够限制返回电流。此外,该集成电路的输入和输出之间的内部二极管,能持续管理50A至100A电流峰值达数微秒之久。因此,调节引脚上的电容器也不是严格需要。只有当将电容值大于5000μF的电容器连接到输出并同时将输入引脚短接到地时,才可能损坏稳压器,而这是一个不太可能发生的事件。GXFednc

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图7:输出和输入之间不再需要保护二极管。GXFednc

如何获得不同电压

输出引脚和调节引脚之间存在一个等于+1.25V的基准电压。如果将一个电阻放置在这两个端子之间,则在该电阻上会有恒定电流流过。连接到地的第二个电阻可用来设置整体输出电压。10mA的电流足以实现此精确调节。通过提供调整器或电位计,可以创建可变电压电源。调节引脚上的电流非常低(大约几微安),可以忽略不计。对于14V的电源,以下是这两个电阻的计算步骤,图8中的分压器原理图和图9所示的公式中包含这两个电阻:GXFednc

  1. 输入电压Vin必须始终比所需的输出电压高出至少1V,因此Vin>15V;
  2. 在输出引脚和基准引脚之间,始终存在一个1.25V的电压;
  3. 输出引脚与基准引脚之间的电阻R1中必须有10mA的电流;
  4. R1的值等于电阻上的电位差与必须流经其中的电流之比;
  5. 基准引脚电压等于输出电压减去固定电压1.25V;
  6. 电阻R2中也必须流过10mA的电流,因此可以通过欧姆定律轻松算出。

当R1=125Ω且R2=1275Ω时,输出电压恰好为14V。利用3.3kΩ电位计代替R2电阻,可以获得电压为1V到Vin的可变电源。GXFednc

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图8:对分压器电阻进行计算,从而获得任何电压值。GXFednc

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图9:计算这两个电阻的方程。GXFednc

总结

LT1083三端稳压器可调且非常易于使用。它具备通常只有高性能稳压器才提供的多种保护功能。这些保护系统可应对短路情况,并在温度超过165°C时发生热关断。出色的稳定性支持创建高质量的电源系统。要确保完全稳定,需要使用一个150μF的电解电容或一个22μF的钽输出电容。GXFednc

(本文编译自EDN姐妹网站EEWeb,参考链接:Using LT1083 to build a 7.5-A voltage regulator。由赵明灿编译。)GXFednc

本文为《电子技术设计》2021年11月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里GXFednc

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