为什么线性稳压器的最小输出电压> 0 V

电器工程 电源 控制 线性稳压器
2022-01-23 06:33:34

我正在尝试为我的项目(实验室电源)选择线性稳压器。

我惊呆了,只有极少数的稳压器声称可以将输出调节到 0 V。这似乎是因为它们通常使用与 ADJ 引脚串联的某种电压基准在许多数据表中找到的简化示意图如下图所示。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

现在的问题是......
有这个电压参考的原因是什么?(上图中为 1.25 V)

  1. 它与控制/反馈回路的稳定性有关吗?如何?
  2. 这是规避最小输出电压问题的有效方法吗或者我会遇到不稳定/任何其他问题吗?
  3. 如果不是#2,那么创建(大电流)实验室的犹太洁食方式是什么。电源可调到零伏?我需要将负载放在两个稳压器之间吗?

PS:这是我在这个论坛上的第一个问题,请不要马上给我扔石头:] 我试图搜索/谷歌很多,但我不确定我到底在寻找什么......非常感谢任何有用的回复。

PPS:我知道,一些稳压器,例如LT3080使用电流源而不是电压基准,但据说该 IC 仅适用于非常小的负载时可调节至 0 V。

3个回答

两个原因。

1.25V 是制作电压基准的方便电压——它被称为带隙基准,在室温下具有(相对)较低的温度系数。您可以制作其他类型的参考,您可以使用放大器或衰减器从 1.25V 参考制作不同的电压,但 1.25V 非常好。需要在内部使用电压(或电流参考,通常源自电压参考),否则您无法调节到已知电压。

其次,1.25V 是一个足够低的电压,以至于很少(直到最近)实际上需要如此低的电源(真的,没有人关心实验室电源),并且足够高,以至于内部运算放大器的偏移电压不会影响准确率很高。它还允许内部电路不必工作到 0V。

制作一个工作电压低至 0V 的简单可调稳压器在任何方面都不是特别困难,但它会增加成本和引脚,这对于软糖零件来说是行不通的。

我将在 Spehro Pefhany 的出色回答中添加更多考虑因素。

稳压器制造商通过销售其零件获利,而现代电子行业主要从大批量生产的商品中获利,而不是从超专业化的利基产品中获利。

稳压器取得了巨大的成功,因为它们满足了电子产品的共同需求:为它们供电的电路提供稳定的电压供应。大多数电子设备都使用或多或少标准化的电源电压值:1.8V、2.5V、3.3V 和 5V 用于数字电路;12V 或 15V 用于更高功率的模拟级;例如,28V 用于功率放大器。

因此,制造商在生产固定电压调节器方面具有优势。当然,具有可调稳压器也有其优点:您可以有一个非标准的电压电源轨,您可能希望提供一些方法来调整电源电压,您可能希望动态改变电压以适应复杂的电源要求电路等

事实是,“实验室电源用例”对于芯片制造商来说几乎毫无意义:将每年售出的实验室电源数量与同期内置的板载电源调节器数量进行比较!

此外,任何低于 1.5V 的电压都很少用作当前电子设备中的电源轨电压(也许在 10 年内我们会看到一个新的成功的逻辑系列以 0.5V 运行,但在那之前,不!),所以没有动力创建可调节至 0V 的可调稳压器芯片(如果这是设计的一部分,很好,但它不是主要的芯片设计目标)。

此外,实验室电源几乎永远不会仅由单个稳压器制成:您需要更复杂的电路(除非它是业余爱好者的玩具)来降低噪声、提供良好的瞬态响应、避免输出过冲、电压和电流限制等。 ,即使实验室电源值得拥有的所有这些功能。因此不会有“芯片上的供应”,因为每个实验室供应制造商都会以不同的方式优化他们的设计,“包罗万象”的芯片不会有用,或者至少不需要量产。

对于标题中提出的问题,我没有什么要补充的,但是对于您如何克服 1.25V 障碍的第二/第三点,我确实有一个可能的解决方案。正如您可能已经意识到的那样,LM317 的电压输出比 1.25V 大Vadj,因此您需要一个负电源来下拉Vout至零伏。我很早以前就做了一个5A双电源,效果很好,直到有人搬家时把它掉了。我从来没有开始重建它,但它是基于下面的电路。我省略了变压器/整流/平滑组件,因为在这种情况下它们没有什么特别之处。平滑的、未调节的直流电源进入+VDC-VDC

LM317/LM337 双电源,低至 0V

它通过使用运算放大器来使用更多您辛苦赚来的钱币来提供稳定的Vadj,这反过来又需要某种稳压器来为 TL074 提供 +/- 12V 电源。在这种情况下,任何调节器都会在一个公平的范围内进行固定或可调节。

它如何做它所做的事情:

很简单。U1:A缓冲通过可变电阻分压的电压R_ADJU1:C将其反转,从而U1:DU1:B其非反相输入端得到相等但相反的电压。D并且B对于为R2+/-(红色圈出)提供稳定的高阻抗至关重要。

[如果你想让单独的 +ve 和 -ve 电压连接U1:B+到它自己的分压器,并且U1:Aout只剩下去R9。]

这两个R2电阻器与其各自的R1电阻器配对,并遵守Vout有关该稳压器及其表亲数据表的标准方程式,除非您随后减去电压V_BIAS+(或在 处添加电压V_BIAS-)以获得实际的Vout. 由您来选择R2+R2-- 以及R6,R7R_ADJ- 的值,以提供可接受的电压摆幅。请注意,由于电流R2值不会匹配,从一个 IC 到下一个 IC略有不同,但肯定是从 LM317 到 LM337。在大多数情况下,和之间的关系IadjVadjIadj是线性的(根据经验),但是当您开始在负载中消耗大量电流时,情况会发生一些变化 - 因此:

大电流调节

Q1/2并且R3-5(以蓝色圈出)在电流方面做驴工作。然而,这依赖于仔细选择电阻值。注:“2R”和“R”不分别表示“2 Ohm”和“1 Ohm”;他们指的是一个是另一个阻力的两倍。这些监管机构的多个版本的数据表和在线数据表都涵盖了这个主题,因此我不会在此重复。最终目标是将尽可能多的电流从稳压器中转移出来,并迫使它通过尽可能多的晶体管,但您必须根据自己的需要确定最佳值。

不要试图在较低的电压下消耗过多的电流——这意味着 IC 的功耗要高得多,温度要高得多。如果+VDC是 18V、+V_out3.3V 和+Iout3Amp,那么您将有 44 瓦以上的功率转化为热量。我相信这会将一对适度散热的 TIP147 推到燃烧点。