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來源：本站整理 作者：佚名 2011-10-21 18:39:14 一般認(rèn)為線性穩(wěn)壓器的轉(zhuǎn)換效率低但輸出紋波電壓低，而開關(guān)式DC/DC變換器的轉(zhuǎn)換效率高，但它的輸出紋波電壓很高（比線性穩(wěn)壓器高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)）。如果采用功率MOSFET作調(diào)整管，可以組成超低壓差線性穩(wěn)壓器，它不僅輸出紋波電壓小，而且其轉(zhuǎn)換效率可以與DC/DC變換器媲美。 便攜式電子產(chǎn)品希望電池壽命長(zhǎng)（或兩次充電之間的時(shí)間間隔長(zhǎng)），本文介紹的超低壓線性穩(wěn)壓器可滿足這種要求，并且有較好的輸出精度。 線性穩(wěn)壓器電路筆者采用Si9933功率MOSFET作調(diào)整管設(shè)計(jì)了～個(gè)由電池供電（輸入電壓6V），輸出5V電壓，輸出電流500mA的線性穩(wěn)壓器電路，如下圖所示。它與一般的線性穩(wěn)壓器電路基本相同，為了提高基準(zhǔn)電壓的精度，這里采用TL431精密可調(diào)基準(zhǔn)電壓源來代替一般的穩(wěn)壓二極管。這是因?yàn)橐话愕姆€(wěn)壓二極管在3V以下的精度差，其動(dòng)態(tài)電阻Rz=30Ω左右。另外，這里設(shè)了一個(gè)微調(diào)電位器RP，可使在空載時(shí)調(diào)整RP獲得所需的初始電壓（因?yàn)門L431的基準(zhǔn)電壓典型值是2.495V．最小值是2.470V，最大值是2.520V）。 其工作原理如下：如果輸出電壓VOUT有所增加，即輸出電壓↑，VT3基極電壓↑，VT3的IC3 ↑，R3上的電壓降↑，VT2的VBEt，VT2的ic2 ↑，R2上的壓降↑，使R1上的壓降↓，即P管的-VGS↓，P管的內(nèi)阻↑．使VOUT輸出電壓↓。
TL431簡(jiǎn)介 T0-92封裝的管腳排列如下圖所示（SOT-89封裝的管腳與T0-92同）。
基本電路如下圖所示。下圖-a將陰極與基準(zhǔn)電壓端連接在一起，輸出電壓VZ=Vrefo下圖-b為輸出電壓可調(diào)電路。輸出電壓Vz為：
式中Iref為基準(zhǔn)電壓輸入電流，其典型值為0.8 U A，所以第二項(xiàng)往往略去。 Vref的典型值為2.495V，一般可按2.5V來計(jì)算。即 本電路采用下圖-a接法，實(shí)測(cè)Vz=2.47V。lz取決于RLIM，lz的最小值Izmin=0.25mA～0.5mA，設(shè)計(jì)時(shí)可按0.5～1mA來計(jì)算R，即RLIM為：
電路的測(cè)試及分析 輸入電壓從6.OOV開始，以后每隔0.2V向下降，一直降到5.OOV，并記錄輸出電壓。測(cè)試分四次：空載、負(fù)載電阻30.1Ω（相當(dāng)166mA電流）、負(fù)載10.4Ω（相當(dāng)480mA電流）及負(fù)載電阻9.4Ω（相當(dāng)530mA電流）。為了測(cè)試誤差小一些，輸入電壓VIN及輸出電壓Vour的測(cè)量用同一塊數(shù)字電壓表（31/2位數(shù)字萬用表，型號(hào)為DT-890C）。測(cè)試電路如下左圖所示。 四次測(cè)試結(jié)果分別列于表1~表4。這里要說明的是表1中輸出未接負(fù)載，但內(nèi)部有1kΩ串接LED，相當(dāng)負(fù)載電流約3mA，說明此穩(wěn)壓電源在空載時(shí)是穩(wěn)定的；在以后的三次測(cè)試中，未調(diào)整過電位器RP；在表1中，輸入電壓VIN=5．OOV，輸出電壓Vout=5.OOV，這是由于采用20V檔來測(cè)量的結(jié)果。因?yàn)樽鳛檎{(diào)整管的P管其-VDS僅幾個(gè)mV，用20V檔電壓表是測(cè)不出來的（經(jīng)實(shí)測(cè)空載時(shí)，當(dāng)VIN=-5.OOV，用mV檔測(cè)-VDS=1.6mV，VOUT應(yīng)是4.9984V）。 表3的負(fù)載電源已接近500mA，而表4的負(fù)載電流已超過額定的500mA。從表3、表4可看出，即使電池的電壓已降到5.OV，但輸出電流在476mA或523mA時(shí)，其輸出電壓分別為4.95V及4.92V?？梢哉f這電源的穩(wěn)壓精度是相當(dāng)好的。 低壓差指的是VIN=VCUr+lV條件下，在一定負(fù)載電阻時(shí)，當(dāng)V．N逐步減小，當(dāng)出現(xiàn)VOUT下降了100mV時(shí)，此時(shí)的VIN與VOUT之差稱為壓差。從表4來看，VIN已降到5．OV，它的輸出電壓Vour=4.92V（還不到lOOmV）。可以認(rèn)為是超低壓差了。而重要的是電池電壓從6V降到5V（即每一節(jié)鎳鎘或鎳氫電池降到它終止放電電壓1V時(shí)）．它仍可保證輸出電壓在4.92V以上（滿負(fù)載電流）。這充分利用了電池的性能，延長(zhǎng)了兩次充電的時(shí)間，這性能是很好的。 再來計(jì)算一下轉(zhuǎn)換效率。若不考慮地電流，則轉(zhuǎn)換效率T1為：
該線性穩(wěn)壓電路除作為獨(dú)立的電源外，也適合于作后續(xù)電源（接在DC/DC變換器后）輸入5V，在lOOmA負(fù)載時(shí)，它的輸出電壓大于4.98V（參看表2）。采用后續(xù)電源主要用于要求噪聲小的傳感器或模擬電路。該后續(xù)電源如下右圖所示。
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