线性电源设计实例

时间： 2024-05-15 来源：TOPPOWER（顶源科技）官网

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线性电源可以设计成满足各种成本和功能的要求，以下的设计举例表明了线性电源设计可以是很基本的，也可以是相当复杂的。对增强型3端电源的设计只作简略介绍，因为集成电路数据手册一般都有详细介绍。由于线性电源功率损耗相对较大，所以热是个主要问题。有些热分析和设计在例子中已经给出。这方面进一步的考虑请参考附录A。

2.3.1基本分立元件的线性电源设计

在运算放大器出现以前，这种类型的线性电源很普遍，它可以使用户节省设计成本。它的缺点包括温度漂移及输出电流范围有限。

稳压二极管并联调整电源

这种稳压器典型地用在负载小于200mW的局部电压调节中，串联电阻置于输入电压和稳压二极管之间，用来限制流向负载和二极管的电流，稳压二极管补偿负载电流的变化。稳压电压值会随着温度漂移，漂移特性在很多稳压二极管参数手册中已给出。它的负载调整能力对大多数集成电路电源来说已经够用，但它的损耗比串联型的线性电源更大，这是因为它设置在负载电流状态，而负载往往没有这么大。稳压二极管稳压电源电路见图2-3。

单晶体管串联型线性电源

将一个晶体管加到基本二极管稳压电路，可以利用双极型晶体管具有增益的优势。晶体管接成射极跟随器，可以在稳压二极管的电流比较小的情况下，向负载提供很大的电流。此时，晶体管基本上是作为一个误差放大器（见图2-4)。当负载电流增加时，使基极的电压提高，晶体管的导通程度也增加，因而使电压回复到原来的值。可以通过选择晶体管的容量来满足负载和调整电压损耗的要求。

可选TO-92晶体管用于0.25W以下负载或选TO-220用于更大的负载（和散热有关）。

2.3.2基本三端稳压电源设计

三端稳压电源用于大部分板载电源的场合，在这种场合成本和易用性是它的优势。它也可用作基本的或更高性能的线性电源。

常常被忽视的一个问题是三端稳压电源采用的过电流限制方法。它们大多使用芯片过温切断的方式，典型的温度在+ 150～+165蚓之间。如果负载电流流过三端稳压块而散热器又太大，电源可能会由于过电流而损坏。如果散热器太小，可能无法从调整管得到足够的功率。另外一个要考虑的问题是，如果负载电流通过外部扩流管，过温切断就会不起作用，需要另外的过电流保护措施。

2.3.2.1基本三端正稳压电源设计

这个例子要说明在采用三端稳压电源设计时须考虑的设计问题，许多设计者只注意了电源的电气指标而忽略了元器件的热降额。在高调整电压以及工作环境温度较高时，电源仅能提供额定容量的一小部分，实际上在三端稳压电源的大部分应用中，散热器决定了电源的输出电流。生产厂家的电气额定值可以看成是有一大块金属贴在稳压块上面并放在海洋中的条件下测得的。任何不能在这种极端情况下应用的场合就必须降额使用。下面的例子介绍了推荐的典型设计步骤。

设计举例1使用三端稳压块（见图2-5)

指标输入：DC12V(）

DC8.5V(）

输出：DC5.0V

0.1～0.25A 温度：-40～+50度注意：1N4001用于系统关断时需要有lOO/iF电容的放电。

热设计（也可参见附录A)

手册中给出：

R〇JC=5°C/W

Rm = 65°C/W rjw = 15〇〇C

D(max) _ ("^in(max) ^out ^ ^load (max)

=(12V-5V) x0.25A=1.75W (调整电压损耗）

没有散热器时结温将等于

T] = PD Rm + rA(max) = 1.75W x 65°G/W + 50 =163.75

需要一个小的“夹持”型的散热器，使结温保持在它的额定值以下。散热器的选择请参见附录A。

散热器选择——P/N6073B耐热合金

给定的散热器数据：70sa = 14°C：/W 使用硅绝缘片：7^es = 65°C/W

此时在差情况下的结温是

Tj(max) = Pd (尺 wc + 尺 0cs + 尺歸）+

=1.75WX (5°G/W + 65°G/W+ 14°G/W) + 50 = 84.40C

2.3.2.2三端稳压电源设计的衍生

以下的设计举例阐明如何以三端稳压集成块为基础构成更大电流和更为复杂的电路。但必须小心谨慎，因为所有的例子中，三端稳压集成块的过电流保护都不起作用，在这里必须给集成块外加过电流保护。

稳压电源的扩流

图2-6所示的电源，在三端稳压电路上增加一个电阻和晶体管，使之能向负载提供更大的电流。图中所示的是正电压的扩流，同理可得负电压的扩流。对于负电压，功率晶体管由PNP型改为NPN型。注意，在这个设计中没有过电流和过电压保护。

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