教你用分立组件设计稳健低成本的串联线性稳压器

笔者将一个36kΩ的电阻器添加到了该电路，如图3所示。

图3：具有虚拟负载电阻器的串联稳压器

为短路事件进行的电流限制

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。

图4：短路仿真结果

晶体管Q1的功耗是2.4W。没有能应对该功耗的封装。

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。

图5：具有限流电阻器的串联稳压器

电阻器RC将会满足输出调节要求，并能在短路事件中耗散功率。笔者可计算出RC的值：

(5)

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271Ω。使用这个估计值，在短路事件中方程式6可计算出最坏情况下的RC功耗：

(6)

该功耗约为0.56W。笔者选择了一个1W、270Ω的功率电阻器。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。

组件应力分析

就电阻器RC而言，在具有最大输入的短路事件中会发生最坏情况下的功耗。采用方程式6，可计算出最大功耗为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最坏情况下的功耗。在正常运行期间Q1的功耗是集电极电流的函数，如方程式7所示：

图7

(7)

当满足下列条件时，会发生最坏的情况：

VIN = VIN_max

VO = VO_min

IC = (VIN_max - VO_min)/(2×RC)

因此，Q1的最大功耗为(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的最大功耗，在具有最大输入的短路事件中会发生最坏的情况。跨RB的电压等于输入电压减去VBE(sat)。最大功耗估计为38mW。

在这篇文章中，笔者描述了具有分立组件的稳健低成本线性稳压器的设计准则。