电源-并联稳压器基础

一、并联稳压器介绍

01何为并联稳压器

        并联稳压器之所以叫并联稳压器,是因为其内部晶体管和外部负载是并联形式,区别于串联稳压器的负载与晶体管串联形式。

图1 并联稳压器电流走向

图2 串联稳压器电流走向

02并联稳压器原理

图3 并联稳压器原理框图

        当并联稳压器平衡时,VR脚电压=内部参考电压2.5V,当阴极电压由于扰动增加时,VR脚电压随之增加,运放正输入端电压大于负输入端电压,运放输出电压增大,即三极管VBE增大,三极管过电流能力增强,通过限流电阻Rs和内部三极管的电流增大,电阻Rs电阻不变,所以其压降增大,由于阴极电压等于+12V减去限流电阻Rs电压,所以阴极电压减小,达到平衡。

03并联稳压器优势 

并联稳压器的原理上看,与简单的齐纳二极管无异,那其实际与齐纳二极管相比优势在哪呢?

        ①、温度稳定性强,在常见温度范围内,其温飘很小。

        ②、精度高,甚至能达到0.5%的精度,是齐纳二极管远远不及的。

        ③、输出电压可调。

        ④、可扩展其他应用,比如比较器等。

二、并联稳压器的应用

01额定电流 

        一般的并联稳压器,其额定电流为1mA~100mA,即当负载变化时,通过并联稳压器的电流一般为1mA~100mA,如果低于1mA,并联稳压器可能工作异常,不能输出标准的电压。

02限流电阻  

        为了达到额定电流,一般在外部输入端串联一个限流电阻,此电阻阻值要根据负载和并联稳压器额定电流计算。 

        例如图3,假设负载RL需要5V电压、最大20mA的电流,那么如何计算限流电阻阻值呢,当负载电流为0时,此时并联稳压器消耗功率最大,而并联稳压器最大能消耗100mA的电流,即Rs=(12-5)/(100mA)=70Ω,即Rs最小为70欧姆。

        而当负载为满负载20mA时,若并联稳压器最低功率运行即1mA电流运行,那么Rs的最大值即:(12-5)/(20+1mA)=333.3Ω。

 

03热设计

        如果按照上述的条件,当后级负载断开时,并联稳压器消耗的功率为5V*100mA=0.5W,以TI的TL431为例,如下图,在常温下,若按照DCK封装的热阻参数,计算出的内核温度超过最大内核温度150℃,显然这样是不行的。因此要选择大封装的并联稳压器,假设选择PK封装,则其温升为:52*0.5W=26℃,若其工作在常温25℃,则内核温度为25℃+26℃=51℃,符合热设计指标。        

图4 TL431的封装与热性能

三、并联稳压器与串联稳压器比较

        根据基本原理可以得知,并联稳压器效率很低,因为在负载断开时,所有的功率都会由限流电阻和并联稳压器消耗,而串联稳压器在负载断开时,消耗的功率只剩下串联稳压器内部电路的很小功率。

       此外,并联稳压器输出电流一般不超过100mA,而串联稳压器(LDO)可以轻易输出超过1A的电流。

     

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