MSK5101系列大電流低壓差穩(wěn)壓器及其應(yīng)用

關(guān)鍵詞：MSK5101 大電流輸出 低電壓跌落

１　概述

集成穩(wěn)壓器在近十多年發(fā)展很快，目前國(guó)內(nèi)外已發(fā)展到幾百個(gè)品種。按電路的工作方式分，有線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)式集成穩(wěn)壓器。按電路結(jié)構(gòu)形式分，有單片式集成穩(wěn)壓器和組合式集成穩(wěn)壓器。按管腳的連接方式分，有三端式集成穩(wěn)壓器和多端式集成穩(wěn)壓器。按制造工藝分，有半導(dǎo)體集成穩(wěn)壓器、薄膜混合集成穩(wěn)壓器和厚膜混合集成穩(wěn)壓器。而在線性集成穩(wěn)壓器方面，則以低壓差、大電流、小體積的發(fā)展比較迅猛。

ＭＳＫ５１０１是美國(guó)ＭＳＫｅｎｎｅｄｙ公司研制的一種新型低壓差、大電流、低功耗線性穩(wěn)壓器，它有＋３Ｖ、＋５Ｖ、＋１２Ｖ和可調(diào)輸出。輸出晶體管采用單片工藝制造的超級(jí)ＰＮＰ管，所以該系列型號(hào)的輸入輸出電壓差很小。圖１所示是ＭＳＫ５１０１的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

圖1

當(dāng)ＭＳＫ５１０１的輸出電流為１．５Ａ?xí)r，其壓差只有３５０ｍＶ，因而它的效率很高，功耗較低。且輸出電壓精度可確保１％。此外，該系列穩(wěn)壓器也具有ＴＴＬ／ＣＭＯＳ兼容的ｏｎ／ｏｆｆ使能腳以及故障信號(hào)輸出腳。ＭＳＫ５１００采用可有效利用空間的１０腳功率型ＳＯＩＣ封裝，并且外殼上帶有散熱器銅接頭。

ＭＳＫ５１０１的體積很小。其外形如圖２所示，尺寸大小為６．３５ｍｍ６．３５ｍｍ２．０８ｍｍ，所以在很多有體積和重量限制的大功率穩(wěn)壓器應(yīng)用中，該系列穩(wěn)壓器有很好的性價(jià)比。因此，可廣泛應(yīng)用于高效線性穩(wěn)壓器、恒壓／恒流調(diào)節(jié)器、系統(tǒng)功率源、開關(guān)電源輸出穩(wěn)壓器以及電池供電等設(shè)備。

ＭＳＫ５１０１的主要特點(diǎn)如下：

● 采用帶散熱器接頭的緊密型１０腳ＳＯＩＣ封裝形式；

●輸入輸出電壓差非常小，輸出電流為１．５Ａ?xí)r，壓差只有３５０ｍＶ；

● 具有３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ和可調(diào)輸出；

● 采用開路集電極誤差信號(hào)輸出方式；

● 帶有ＴＴＬ電平使能腳；可零電流關(guān)斷；

● 帶有電源反接保護(hù)和負(fù)載短路保護(hù)功能；

● 接地端電流只有２２ｍＡ（滿載時(shí)）；

● 輸出電壓精度可達(dá)１％；

● 輸出電流可達(dá)１．５Ａ。

２　主要參數(shù)

ＭＳＫ５１０１的主要電氣性能參數(shù)如表１所列。

表1 MSK5101的主要電氣性能參數(shù)

３　應(yīng)用說(shuō)明

３．１ 穩(wěn)壓器保護(hù)

ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器具有輸入電源極性反接、過(guò)電流、超溫（Ｐｄ過(guò)大）和瞬態(tài)電壓尖峰達(dá)到６０Ｖ等各種保護(hù)功能，若將該穩(wěn)壓器用于負(fù)載接負(fù)電源的雙電源中，則輸出電壓必須采用二極管箝位到地。

３．２ 輸出電容

在輸出端與接地端之間接入一只濾波電容可以減小ＭＫＳ５１０１系列穩(wěn)壓器的輸出電壓紋波，該電容的最佳容量取決于應(yīng)用情況，但至少應(yīng)在１０μＦ以上。也可在負(fù)載兩端直接接入一只電容器來(lái)改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)能力。

３．３ 負(fù)載連接

在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)穩(wěn)壓器負(fù)載電流很大時(shí)，負(fù)載的接法非常重要。為了不影響負(fù)載調(diào)整率，穩(wěn)壓器輸出到負(fù)載之間連線的阻抗必須非常小，因?yàn)樵撟杩箍膳c負(fù)載組成分壓器。為了保持穩(wěn)壓，ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器的最小負(fù)載電流應(yīng)為１０ｍＡ。

３．４ 使能管腳

ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器有一個(gè)與ＴＴＬ信號(hào)兼容的使能（ＥＮＡＢＬＥ）管腳，在該腳為ＴＴＬ高電平時(shí)，內(nèi)部偏壓電路工作，并使穩(wěn)壓器電源接通。而當(dāng)該腳為ＴＴＬ低電平時(shí)，內(nèi)部控制器關(guān)斷，此時(shí)流入該器件的靜態(tài)電流只有５μＡ。如果不需要使能功能，使能管腳可接到輸入腳。

３．５ 故障信號(hào)輸出腳

ＭＳＫ５１０１系列中所有固定輸出電壓的穩(wěn)壓器產(chǎn)品都有一個(gè)故障信號(hào)輸出腳。因?yàn)樾盘?hào)輸出腳內(nèi)為開路集電極輸出電路，該腳電壓可以上升到３Ｖ～２６Ｖ之間的任意電壓。這種特性允許該腳與任意邏輯電平接口。當(dāng)信號(hào)比較器檢測(cè)到“不穩(wěn)壓”狀態(tài)時(shí)，該腳輸出有效低電平（典型電壓為０．２２Ｖ）。ＭＳＫ５１０１的故障信號(hào)狀態(tài)包括輸入電壓過(guò)低、超溫關(guān)斷和輸出限流等。實(shí)際上，當(dāng)輸入電壓瞬態(tài)過(guò)高時(shí)，故障信號(hào)管腳也將輸出高電平。

３．６ 散熱器選擇

采用對(duì)流散熱時(shí)?應(yīng)按下式選擇ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器所需的散熱器：

ＴＪ＝Ｐｄ（Ｒθｊｃ＋Ｒθｃｓ＋Ｒθｓａ）Ｔａ

式中： ＴＪ為結(jié)溫；

Ｐｄ為總功耗；

Ｒθｊｃ為結(jié)到外殼的熱阻；

Ｒθｃｓ為外殼到散熱器的熱阻；

Ｒθｓａ為散熱器到環(huán)境的熱阻；

Ｔａ為環(huán)境溫度。

設(shè)計(jì)時(shí)，可首先按下式計(jì)算出功耗Ｐ：

Ｐ＝（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）Ｉｏｕｔ

然后，再選擇最高結(jié)溫。一般最高允許結(jié)溫為１２５℃。為了計(jì)算所需散熱器到環(huán)境的熱阻，應(yīng)將上述結(jié)溫的表示式整理為：

Ｒθｓａ＝[（ＴＪ－Ｔａ）／Ｐｄ]－Ｒθｊｃ－Ｒθｃｓ

以下為根據(jù)此式列出的一個(gè)散熱器選擇的實(shí)例：

若ＭＳＫ５１０１＿３．３型穩(wěn)壓器的輸入Ｖｉｎ為＋５Ｖ?輸出Ｖｏｕｔ為＋３．３Ｖ?連續(xù)直流電流Ｉｏｕｔ為１Ａ。環(huán)境溫度為＋２５℃，最高結(jié)溫為１２５℃。Ｒθｊｃ為５℃／Ｗ，Ｒθｓａ為０．５℃／Ｗ。則：

Ｐ＝（５Ｖ－３．３Ｖ）１Ａ＝１．７Ｗ

Ｒθｓａ＝[（１２５℃－２５℃）／１．７Ｗ]－５℃／Ｗ－０．５℃／Ｗ＝５３．３２℃／Ｗ

因此，在該例中，為了保證結(jié)溫不超過(guò)１２５℃，應(yīng)選用熱阻小于５３℃／Ｗ的散熱器。

４ ＭＳＫ５１０１－００的輸出電壓調(diào)整電路

ＭＳＫ５１０１－００是一種輸出電壓可調(diào)的高性能穩(wěn)壓器。用它設(shè)計(jì)的輸出電壓調(diào)整電路如圖３所示。圖中，串聯(lián)電阻Ｒ１和Ｒ２應(yīng)根據(jù)所需通過(guò)的最小穩(wěn)壓器輸出電流（１０ｍＡ）來(lái)選擇。

ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器是一種高導(dǎo)熱器件，外殼散熱器到內(nèi)部ＰＮ結(jié)的導(dǎo)熱通路非常短。該器件焊到電路板上時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝技術(shù)。在大功率應(yīng)用中，印刷電路板上應(yīng)開一個(gè)導(dǎo)熱孔，以便外殼上的散熱器能將熱量傳導(dǎo)到外接散熱器上。外接散熱器必須接地，因?yàn)椋停樱耍担保埃钡牡匕迕媸墙拥氐模脩粼谠O(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，必須牢記這一點(diǎn)。除此之外，印刷電路板上的布線也不能與器件的地板面相連。