高效大电流稳压器电路设计方案

设计任何电路板的电源部分时，最常用的稳压器是78XX、79XX、LM317、LM337或类似器件。工程师知道这些控制器安全可靠且易于使用，但它们的电流有限。如果需要更大电流，可以使用ADI的LT1083稳压器实现简单实惠的解决方案。

一款强大的稳压器

LT1083稳压器（参见图1中的符号和引脚排列）允许调整正电压，并能高效地提供高达7.5 A的电流。内部电路设计用于输入和输出之间以高达1 V的压差工作。在最大输出电流条件下，最大压差为1.5 V。需要一个10 uF输出电容。以下是值得注意的一些特性：

●     可调输出电压；

●     最高7.5 A的电流；

●     TO220封装；

●     内部限制功耗；

●     最大30 V的差分电压。

它可用于各种应用，如开关稳压器、恒流稳压器、高效率线性稳压器和电池充电器。本教程探讨的型号具有可变且可配置的输出电压。还有另外两个型号——LT1083-5和LT1083-12，其输出分别稳定在5 V和12 V。

图1：LT1083稳压器

5 V输出电压的最小应用图

图2显示了5 V稳压器的应用参考图。输入电压必须始终大于6.5 V。当然，电路的电源电压不能过高，因为所有功率最终都会以热量形式不必要地耗散，从而大大降低系统的效率。该稳压器通过其三个引脚连接到输入、输出和电阻分压器，后者用于确定输出电压的值。强烈建议使用两个电容器，一个在输入端，一个在输出端。该方案具有将输出电压稳定在恰好5 V的功能。因此，分压器由两个1％精密电阻组成，第一个是121 Ω，第二个是365 Ω。很明显，用调整器或电位计替换这两个无源元件，便可实现可变电压的电源系统。

图2：5 V输出电压的最小但完全能够正常工作的应用方案

图3显示了负载电流和集成稳压器功耗的第一次测量结果。仿真是通过测试不同负载值来执行的，负载阻抗在1 Ω到20 Ω范围。一个非常重要的事实是，即使负载发生很大变化，输出电压也非常稳定（始终为5 V）。但是，流经负载的电流以及集成稳压器的功耗差异极大。只要在制造商设定的工作限值以内，该稳压器便非常稳定和安全。

图3：5 V稳压器原理图的测量结果

该稳压器设计支持最高1 V的压差。此压差与负载电流无关；由于其值较低，最终系统的效率可能非常高。图4显示了输入电压（0 V到8 V，红色曲线）和输出电压（蓝色曲线）的曲线。根据制造商的特性规定，这两个电压之间具有大约1 V的有效“压差”。

图4：输入、输出和压差的曲线

即使使用不同实体的负载，集成稳压器的输出电压（值用于电阻分压器）也非常稳定，如图5中的曲线所示。

图5：曲线显示了输出的稳定性，其与所使用的负载无关

当输入电压接近所需的输出电压时，效率要高得多。在18 V、12 V和6.5 V的三个不同电源下，使用不同负载值测得以下平均效率。

●     输入电压：18 V，电路效率等于26.71％；

●     输入电压：12 V，电路效率等于40.84%；

●     输入电压：6.5 V，电路效率等于75.37%；

因此，当输入电压远高于输出电压时，稳压器需要更卖力地工作，消耗的能量（以无用的热量损失掉）也就更多。

温度影响

即使存在温度变化，本教程所探讨的稳压器也非常稳定。虽然制造商在官方文件中认证的稳定性为0.5％，但实际获得的结果更令人满意。现在我们研究一个与上述第一个方案等效的简单应用方案，其具有以下静态特性：

●     输入电压：6.5 V；

●     输出电压：5 V；

●     输出端所连负载的阻性阻抗：5 Ω；

●     负载电流：1 A；

●     稳压器功耗：1.51 W。

现在，我们在-10 °C到+100 °C的范围内改变温度并运行仿真。通过图6所示曲线可以发现，在非常宽的温度范围内（110 °C温差），输出实际上保持恒定。该集成电路非常稳定，在两个温度极值下，输出电压的最大变化只有6.2 uV。

图6：显示不同工作温度下输出电压变化的曲线

保护二极管

LT1083稳压器不需要任何保护二极管，如图7所示。事实上，新的元件设计由于使用了内部电阻而能够限制返回电流。此外，集成电路的输入和输出之间的内部二极管能够管理持续数微秒的50 A至100 A电流峰值。因此，调节引脚上的电容器也不是严格需要的。只有当电容值大于5000 uF的电容器连接到输出，同时输入引脚短接到地时，才可能损坏稳压器，而这是一个不太可能发生的事件。

图7：输出和输入之间不再需要保护二极管

如何获得不同电压

在输出引脚和调节引脚之间，存在一个等于+1.25 V的基准电压。如果将一个电阻放置在这两个端子之间，则会有一个恒定电流流过该电阻。连接到地的第二电阻具有设置整体输出电压的功能。10 mA的电流足以获得此精确调节。通过实现调整器或电位计，可以创建可变电压电源。调节引脚上的电流非常低（大约几微安），可以忽略不计。对于14 V电源，以下是计算这两个电阻的步骤，图8中的分压器图和图9显示的公式中可以看到这些电阻：

●     输入电压Vin必须始终比所需的输出电压高出至少1 V，因此Vin > 15 V；

●     在输出引脚和基准引脚之间，始终存在一个1.25 V的电压；

●     输出引脚与基准引脚之间的电阻R1中必须有10 mA的电流；

●     R1的值等于电阻上的电位差与必须流经其中的电流之比；

●     基准引脚电压等于输出电压减去固定电压1.25 V；

●     电阻R2中也必须流过10 mA的电流，因此可以通过欧姆定律轻松算出。

当R1 = 125 Ω且R2 = 1275 Ω时，输出电压恰好为14 V。利用3.3 kΩ电位计代替R2电阻，可以获得电压为1 V到Vin的可变电源。

图8：获得任何电压值所需的分压器电阻的计算

图9：计算这两个电阻的方程

结论

3引脚LT1083稳压器可调且非常易于使用。它具备通常只有高性能稳压器才提供的多种保护功能。这些保护系统可应对短路情况，并在温度超过165°C时发生热关断。出色的稳定性支持创建高质量的电源系统。要确保完全稳定，需要一个150 uF电解电容或一个22 uF钽输出电容。

审核编辑：黄飞