有些应用需要宽松的输出调节功能以及不到20mA的电流。对这样的应用来说,采用分立组件打造的是一种低成本高效益的解决方案(图1)。而对于具有严格的输出调节功能并需要更大电流的应用,则可使用高性能的低压差
有两个与图1所示电路相关的设计挑战。个挑战是要调节输出电压,第二个挑战是要在短路事件中安然无恙。在这篇文章中,笔者将讨论如何用分立组件设计稳健的线性器。
NPN双极型晶体管Q1是重要的组件。笔者首先选择了这种器件。该晶体管应符合下列要求:
集电极至发射极和基极至发射极的击穿电压应超过输入电压Vin_max。
除了这两项基本要求之外,始兴干式变压器使用具有备选封装的组件也是一个好主意。当涉及到功耗时,拥有这种灵活性将会简化以后的设计过程。笔者为这种应用选择了具有备选封装和不同额定功率的NPN晶体管。
输出电压等于反向齐纳电压VZ减去该晶体管基极至发射极电压VBE。因此,反向齐纳电压应符合下述要求(方程式1):
对于这种应用,笔者选用的一个测试条件是IZT = 1mA,并选择了一个具有以下特性的齐纳二极管:
电阻器RB可为齐纳二极管和晶体管基极提供电流。在运行条件下,它应提供足够的电流。齐纳二极管反向电流IZ应大于1mA,正如笔者在“齐纳二极管Dz的选择”部分所讨论的。方程式2可估算出运行所需的基极电流:
当负载电流为零时,输出电压达到值。当1mA IZT 5mA时,VZ值为3.8。VBE(on)应大于0.1V,这样该器的输出就能符合要求。此外,笔者还添加了一个虚拟负载电阻器,以便在无负载条件下汲取集电极电流。
图3所示电路的输出对地短路将产生较大的集电极电流。一项PSPICE仿真结果表明,集电极电流可高达190mA,见图4。
为了限制短路电流,笔者添加了一个电阻器RC(从VIN到晶体管Q1的集电极),如图5所示。
电阻器RC将会满足输出调节要求,始兴干式变压器并能在短路事件中耗散功率。笔者可计算出RC的值:
VCE_Test是图1中所用的集电极-发射极电压。笔者为RC选择了一个5%容差的电阻器。采用方程式5,RC应小于271。使用这个估计值,在短路事件中方程式6可计算出坏情况下的RC功耗:
该功耗约为0.56W。笔者选择了一个1W、270的功率电阻器。始兴干式变压器对于RC短路功耗更高的应用,您可把多个电阻器串联以分担功耗。
就电阻器RC而言,在具有输入的短路事件中会发生坏情况下的功耗。采用方程式6,可计算出功耗为0.59W。
就晶体管Q1而言,因为有限流电阻器RC,所以在短路事件中不会发生坏情况下的功耗。在正常运行期间Q1的功耗是集电极电流的,如方程式7所示:
因此,Q1的功耗为(VIN_max VO_min)2/(4×RC)。在本示例中,它是110mW。笔者选择了一种额定功率为350mW、采用SOT23封装的小外形晶体管。
至于RB的功耗,在具有输入的短路事件中会发生坏的情况。跨RB的电压等于输入电压减去VBE(sat)。功耗估计为38mW。