大家好,我是磚一談芯。
一、前言
請問大家一個問題:大家如果做過DCDC的項目,12V轉成5V,一般會用什么方案去做呢?
多數人選擇LDO去實現降壓,比如常見的長晶的CJ7805,太矽TX7550,圣邦微SGM2205,矽力杰PW6206等等。那么如果使用分立器件搭建LDO的話,成本相對來說更便宜,電路搭建簡單。
下面分享一下分立元件三極管搭建的LDO,相信做開關電源的朋友見到過這個電路。
先說一下核心原理:
1、穩壓管提供基準電壓(如5.6V),三極管的基極電壓固定為Vz(穩壓管擊穿電壓);
2、射極跟隨輸出:輸出電壓Vout=Vz-Vbe(硅管Vbe壓降一般在0.7V左右),能夠實現12V轉5V功能;
3、動態調整:當輸出負載或輸入電壓變化時,通過調整Vce的變化可以維持輸出電壓的穩定(KVL定律)。
二、電路的引入
如果我們想單純實現降壓,那么電阻就可以實現分壓,但是帶來的是電阻會產生功耗,不利于長期穩壓工作。
那么有人會想到穩壓管實現降壓,只要提供擊穿電流,工作在擊穿區就能實現穩壓效果,但是穩壓管的缺點是功率小,比如BZT52B5V6只有500mW,所以我們在穩壓管選型的時候,要考慮最嚴苛的情況下,負載電流全部加到穩壓管上,根據P=Vz*Io算出功耗,并且考慮長期穩定工作的話,一般要降額80%。如果負載電流比較大的話,那么我們選擇的穩壓管功率更大,意味著封裝也會更大,成本升高,占用PCB更多空間。
針對這個問題,有前輩對此做出優化,既然穩壓管面對大電流的情況下歇菜了,那能不能使用三極管控制大電流呢?我們知道三極管屬于電流控制型元件,核心就是小電流控制大電流,所以就出現了三極管+穩壓二極管的線性穩壓方案。
這種方案有什么好處?
第一,引入三極管作為反饋元件,它可以實時監測輸出,調節Vce的變化,維持輸出電壓的穩定;
第二,三極管工作在線性放大區,小電流控制大電流可以提供更大的輸出電流的能力,解決穩壓管在電流選型上的問題。
那么穩壓二極管的穩壓條件是齊納電流Iz至少要大于1mA,這個電流由12V電源供電,我們選用一個電阻進行限流。這里1mA電流要求是因為穩壓二極管制造工藝決定擊穿特性存在一個齊納電流,多數通用的穩壓管齊納電流在1-5mA范圍,所以至少大于1mA的工作電流,穩壓管才能實現穩壓。
如果要加入一個限流電阻,是串聯還是并聯實現限流?
由于輸入電流和輸出電流相等,一旦流過大電流的話,回路中串聯電阻會增加輸入回路的損耗,所以我們采用并聯電阻在三極管和穩壓管上。
另外輸入輸出電壓防止電壓的波動,還要在加上濾波電容,通常是電解電容。這樣我們就得到了一個基本的三極管線性穩壓電路。