教你用分立組件設計穩健低成本的串聯線性穩壓器

筆者將一個36kΩ的電阻器添加到了該電路，如圖3所示。

圖3：具有虛擬負載電阻器的串聯穩壓器

為短路事件進行的電流限制

圖3所示電路的輸出對地短路將產生較大的集電極電流。一項PSPICE仿真結果表明，集電極電流可高達190mA，見圖4。

圖4：短路仿真結果

晶體管Q1的功耗是2.4W。沒有能應對該功耗的封裝。

為了限制短路電流，筆者添加了一個電阻器RC(從VIN到晶體管Q1的集電極)，如圖5所示。

圖5：具有限流電阻器的串聯穩壓器

電阻器RC將會滿足輸出調節要求，并能在短路事件中耗散功率。筆者可計算出RC的值：

(5)

VCE_Test是圖1中所用的集電極-發射極電壓。筆者為RC選擇了一個5%容差的電阻器。采用方程式5，RC應小于271Ω。使用這個估計值，在短路事件中方程式6可計算出最壞情況下的RC功耗：

(6)

該功耗約為0.56W。筆者選擇了一個1W、270Ω的功率電阻器。對于RC短路功耗更高的應用，您可把多個電阻器串聯以分擔功耗。

組件應力分析

就電阻器RC而言，在具有最大輸入的短路事件中會發生最壞情況下的功耗。采用方程式6，可計算出最大功耗為0.59W。

就晶體管Q1而言，因為有限流電阻器RC，所以在短路事件中不會發生最壞情況下的功耗。在正常運行期間Q1的功耗是集電極電流的函數，如方程式7所示：

圖7

(7)

當滿足下列條件時，會發生最壞的情況：

VIN = VIN_max

VO = VO_min

IC = (VIN_max - VO_min)/(2×RC)

因此，Q1的最大功耗為(VIN_max - VO_min)2/(4×RC)。在本示例中，它是110mW。筆者選擇了一種額定功率為350mW、采用SOT23封裝的小外形晶體管。

至于RB的最大功耗，在具有最大輸入的短路事件中會發生最壞的情況?？鏡B的電壓等于輸入電壓減去VBE(sat)。最大功耗估計為38mW。

在這篇文章中，筆者描述了具有分立組件的穩健低成本線性穩壓器的設計準則。