MSK5101系列大電流低壓差穩(wěn)壓器及其應用

關鍵詞：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，目前國內外已發(fā)展到幾百個品種。按電路的工作方式分，有線性集成穩(wěn)壓器和開關式集成穩(wěn)壓器。按電路結構形式分，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和可調輸出。輸出晶體管采用單片工藝制造的超級ＰＮＰ管，所以該系列型號的輸入輸出電壓差很小。圖１所示是ＭＳＫ５１０１的內部結構框圖。

圖1

當ＭＳＫ５１０１的輸出電流為１．５Ａ時，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)壓器應用中，該系列穩(wěn)壓器有很好的性價比。因此，可廣泛應用于高效線性穩(wěn)壓器、恒壓／恒流調節(jié)器、系統(tǒng)功率源、開關電源輸出穩(wěn)壓器以及電池供電等設備。

ＭＳＫ５１０１的主要特點如下：

● 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時，壓差只有３５０ｍＶ；

● 具有３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ和可調輸出；

● 采用開路集電極誤差信號輸出方式；

● 帶有ＴＴＬ電平使能腳；可零電流關斷；

● 帶有電源反接保護和負載短路保護功能；

● 接地端電流只有２２ｍＡ（滿載時）；

● 輸出電壓精度可達１％；

● 輸出電流可達１．５Ａ。

２　主要參數

ＭＳＫ５１０１的主要電氣性能參數如表１所列。

表1 MSK5101的主要電氣性能參數

３　應用說明

３．１ 穩(wěn)壓器保護

ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器具有輸入電源極性反接、過電流、超溫（Ｐｄ過大）和瞬態(tài)電壓尖峰達到６０Ｖ等各種保護功能，若將該穩(wěn)壓器用于負載接負電源的雙電源中，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?。停耍樱担保埃毕盗蟹€(wěn)壓器的輸出電壓紋波，該電容的最佳容量取決于應用情況，但至少應在１０μＦ以上。也可在負載兩端直接接入一只電容器來改善負載的瞬態(tài)響應能力。

３．３ 負載連接

在實際應用中，當穩(wěn)壓器負載電流很大時，負載的接法非常重要。為了不影響負載調整率，穩(wěn)壓器輸出到負載之間連線的阻抗必須非常小，因為該阻抗可與負載組成分壓器。為了保持穩(wěn)壓，ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器的最小負載電流應為１０ｍＡ。

３．４ 使能管腳

ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器有一個與ＴＴＬ信號兼容的使能（ＥＮＡＢＬＥ）管腳，在該腳為ＴＴＬ高電平時，內部偏壓電路工作，并使穩(wěn)壓器電源接通。而當該腳為ＴＴＬ低電平時，內部控制器關斷，此時流入該器件的靜態(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 故障信號輸出腳

ＭＳＫ５１０１系列中所有固定輸出電壓的穩(wěn)壓器產品都有一個故障信號輸出腳。因為信號輸出腳內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。當信號比較器檢測到“不穩(wěn)壓”狀態(tài)時，該腳輸出有效低電平（典型電壓為０．２２Ｖ）。ＭＳＫ５１０１的故障信號狀態(tài)包括輸入電壓過低、超溫關斷和輸出限流等。實際上，當輸入電壓瞬態(tài)過高時，故障信號管腳也將輸出高電平。

３．６ 散熱器選擇

采用對流散熱時?應按下式選擇ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器所需的散熱器：

ＴＪ＝Ｐｄ（Ｒθｊｃ＋Ｒθｃｓ＋Ｒθｓａ）Ｔａ

式中： ＴＪ為結溫；

Ｐｄ為總功耗；

Ｒθｊｃ為結到外殼的熱阻；

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。

設計時，可首先按下式計算出功耗Ｐ：

Ｐ＝（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）Ｉｏｕｔ

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

Ｒθｓａ＝[（ＴＪ－Ｔａ）／Ｐｄ]－Ｒθｊｃ－Ｒθｃｓ

以下為根據此式列出的一個散熱器選擇的實例：

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，為了保證結溫不超過１２５℃，應選用熱阻小于５３℃／Ｗ的散熱器。

４ ＭＳＫ５１０１－００的輸出電壓調整電路

ＭＳＫ５１０１－００是一種輸出電壓可調的高性能穩(wěn)壓器。用它設計的輸出電壓調整電路如圖３所示。圖中，串聯電阻Ｒ１和Ｒ２應根據所需通過的最小穩(wěn)壓器輸出電流（１０ｍＡ）來選擇。

ＭＳＫ５１０１系列穩(wěn)壓器是一種高導熱器件，外殼散熱器到內部ＰＮ結的導熱通路非常短。該器件焊到電路板上時，應當采用標準的表面貼裝技術。在大功率應用中，印刷電路板上應開一個導熱孔，以便外殼上的散熱器能將熱量傳導到外接散熱器上。外接散熱器必須接地，因為ＭＳＫ５１０１的地板面是接地的，用戶在設計印刷電路板時，必須牢記這一點。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。