选择R1和R2的参数表如表1所列。UI(min)、UI(max)分别为输入电压的最小值和最大值。当UI(max)<40V时,可省去R2;当UI(max)>40V时必须增加R2,通过R2进行散热。前置稳压器也承担一部分功率损耗。需要注意的是该复合式稳压器对最低输入电压也是有限制的,其输出电压必须低于输入电压的最小值,才能正常工作。稳压管的最大功耗为200mW。MIC29150—12的最大功耗为13W;VT的功耗低于15W。
2 LDO的并联使用方法
为获得大电流输出,可将两片或两片以上的LDO并联工作构成复合式稳压器。例如,采用两片LDO可将输出电流扩展到2倍;如采用3片LDO,即可将输出电流扩展到3倍,以此类推。这种方法的特点是将总输出功率平均分配给每个LDO,并能保持LDO的输出特性。在同样的总输出功率下,使用两片LDO配一个散热器,要比使用一片LDO配同一个散热器的散热效率提高大约33%。
将两片LDO并联使用时,必须使二者的电路参数及散热量能实现匹配。因为LDO中的PNP型调整管属于双极型晶体管,它具有负的电阻温度系数,当温度升高时,在输入电压不变的情况下通过调整管的电流会变大。如果两只调整管不能匹配或二者的工作温度不同,负载电流不能被两个LDO平均分配,通过其中一个调整管的电流就比通过另一个调整管的电流大。其结果是电流大的调整管将更热,促使电流继续增大,酿成“热量失控”的恶性循环后果,最终会导致最热的那片LD0损坏。
为使两个LDO能并联工作,一种简单而有效的方法是利用电流检测电阻和运算放大器,来监控通过每个LDO的电流并使之保持平衡。以MIC29712型7.5A大电流、可调输出式LD0为例,由两片MIC29712并联使用构成的+3.3V/15A的LDO电路如图2所示。两片MIC29712分别用LD01、LD02表示,其中LDOl作为主稳压器,LDO2为辅助稳压器。R1和R2为取样电阻,选择Rl=205kΩ、R2=124kΩ时,输出电压的计算公式为
选择R1=205kΩ、R2=124kΩ时,Un=3.29V≈3.3V。
R3和R5均为电流检测电阻,选择其阻值的原则是在适度的输出电流情况下,能提供一个足够大的输出电压,以便使运算放大器的输入失调电压可忽略不计。如果电阻太小,就会影响匹配;若阻值过大,复合式稳压器的压差将会增大。运算放大器MIC6211的反相输入端接LDO1的输出端,同相输入端接LDO2的输出端,运算放大器的输出端用来驱动LD02的调整端ADJ。利用运算放大器可监控LDO2的输出,使之与LDO1相匹配。MIC6211属于高性能通用运算放大器,电源电压范围是4~32V,采用单电源、双电源供电均可。其转换速率为6W/μs,增益带宽为2.5MHz,带内部增益补偿。具有反极性保护、输出限流保护和输出短路保护功能。反极性保护是指输入电压低于电源负端U-的电压时,能起到保护作用。
该项技术亦可应用于3个或更多个LDO的并联使用。实际上,只要为每个辅助稳压器都配一只电流检测电阻和运算放大器,即可实现任意数量稳压器的并联扩展应用。需要指出,这里是把可调式主稳压器LDO1的输出设定为+3.3V固定电压,但并不推荐用固定输出式LDO用作主稳压器。因为后者没有专门用于检测负载电压的ADJ端,并且当通过电流检测电阻的电流增加时输出电压会降低。
3 能从0V起调的LDO电路设计
某些实验室用的可调式线性稳压电源或供校准用的精密稳压电源,要求输出电压必须能从0V开始连续可调。但可调式LDO的调整范围只能从其基准电压UREF到最高输出电压,UREF一般为1.2V左右。下面介绍能实现从0V起调的两种方法。这两种情况下都能消除内部基准电压UREF对输出零点的影响,但要求反馈回路中的所有节点必须以UREF为参考点并工作在线性区。
3.1 利用外部基准电压实现LDO从0V起调的方法
利用外部基准电压实现LDO从0V起调的电路如图3所示。电路中采用一片由美国NSC公司生产的带隙基准电压源LM4041-1.2,基准电压的典型值UREF′=1.225V,与MIC29152内部的1.240V基准电压UREF十分接近。LM4041-1.2属于低功耗精密基准电压源,输出电压精度优于1%,电压温度系数低至15×10-6/℃。其工作电流范围是60μA~12mA,输出噪声电压仅为20μV(有效值)。由P沟道结型场效应管2N3697和R3构成恒流源,给LM4041-1.2和取样电阻R1和R2提供77μA的恒定电流。其中,通过LM4041-1.2的恒定电流为70μA,通过R1和R2的恒定电流为7μA。当R1选用3MΩ可调电阻(或电位器)、R2=180kΩ时,Uo可在O~20V内连续调节。
该电路的特点是当R1=0时,Uo=0V,UADJ本应为0V,但由于LM404l一1.2给取样电阻分压器提供一个与LDO的输出电压等效的电压UREF′,加在ADJ端,因此可使UADJ提升到1.225V,以保证LDO能正常稳压;当R1=2.723MΩ时,根据式(1)可计算出Uo=20V,从而使输出电压能够从0V起调。
该电路的缺点是UREF′与UREF之间存在的微小差异,使实际输出电压的最小值为几毫伏至十几毫伏,严格讲还不能从0V起调。
3.2 利用运算放大器实现LDO从0V起调的方法
利用运算放大器确保LD0能从0V起调的电路如图4所示。A1、A2合用一片低功耗、低失调电压的双运放LM358。该电路有以下特点:第一,取样电阻分压器的下端并不直接接地,而是接A1的输出端;第二,调节电路由R3~R5组成,R5采用100kΩ电位器,设计时取R3=R1,R4=R2,这相当于将取样电阻分压器“复制”到调节电路中;第三,通过调节R5可提升取样电阻分压器的地电位,使Uo=0V时,UADJ=1.225V;第四,实际输出电压能严格的从0V起调,并且在调节过程中U0能平滑地升高,无跳变现象。
4 由LD0构成恒流源的电路设计
利用LDO或VLDO还可构成高稳定度、高效率的恒流源,适合对电池进行恒流充电。
4.1 由固定输出式LDO构成的恒流源
由固定输出式LDO构成的恒流源电路如图5所示。该恒流源可向负载RL提供某一恒定的电流IH,当负载发生变化时LDO通过改变调整管压降来维持IH不变,在Uo端与GND之间接固定电阻R,负载则接到GND与地之间。其恒流原理如下:因为LDO的输出电压U0稳定不变,所以通过R的电流(亦即通过外部负载RL上的电流)IH也不变。如果负载导致IH改变,R上的压降UR=IHR也随之改变。但LDO具有稳压作用,它通过自动调节内部PNP型调整管的压降来保证Uo(即UR)值不变,使IH不受负载变化的影响,从而实现了恒流输出。虽然稳压器的静态工作电流Id也流过RL,但由于Id很小,一般可忽略不计,因此计算IH的公式为
4.2 由超低压差线性稳压控制器构成的恒流源
超低压差线性稳压控制器内部不包含调整管,而是通过驱动外部PNP调整管或N沟道MOSFET构成LDO,这是它们与LDO的重要区别。由MIC5158型超低压差线性稳压控制器构成的恒流源电路如图6所示。MIC5158能直接驱动大功率N沟道MOSFET。由于MIC5158的限流电路是以内部比较器的35mV参考电压为基准的,因此,它具有独特的线性化的限流特性。
该恒流源具有电路简单、效率高、能输出大电流等优良性能。如果需要的话,可通过R1和R2来限制输出电压的最大值。它所适用的输出电压范围是OV~(U1一△U),取样电阻两端的压降仅为(IHRDS(ON)+35mV)。即使输出10A的恒定大电流,取样电阻的压降也仅为几百毫伏。输出电流由下式确定,即