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如何選擇齊納二極管分流穩(wěn)壓器

454398 ? 來源:網(wǎng)絡整理 ? 作者:佚名 ? 2019-11-08 11:19 ? 次閱讀
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第1步:齊納二極管基礎知識

如何選擇齊納二極管分流穩(wěn)壓器

In如果您不知道,二極管是一種特殊類型的電氣元件,它允許電流在一個方向上自由流動,但阻止它反向流動 - 在水中類比,二極管將是一個單向閥,只允許水以特定方向流動。典型的二極管在正向偏置時會產生大約0.7V的電壓降。

所有二極管都具有“反向擊穿電壓”,如果反向施加到二極管上,則會導致電流反向流過該組件,通常會破壞該組件。過程。該值通常為數(shù)百至數(shù)千伏。齊納二極管(類似于“雪崩二極管”)是一種特殊的二極管子類,如果施加的電壓高于某一水平而不損壞元件,則允許電流反向流動。當然,電壓電平和/或電流有限制,但這些是設計工程師必須考慮的因素。

一些常見的齊納二極管擊穿電壓為:1.8,3.3,5.1,7.5和12.6

步驟2:線性穩(wěn)壓器概述

對于95%的小型電路,電壓調節(jié)由線性壓降調節(jié)器執(zhí)行。共同的78xx系列非常受歡迎,因為“xx”代表了廣泛的調節(jié)器值。例如,7805穩(wěn)壓器將輸出5V。 7812穩(wěn)壓器將輸出12V。這些都是直流值。使用這些調節(jié)器時有兩個主要問題:

效率不高 - 過熱會浪費熱量。

它們需要特定的輸入電壓范圍用于操作。

有一些稱為LDO的調節(jié)器用于“低壓差”,這意味著輸入不必高于輸出。這些都很不錯,因為標準7805穩(wěn)壓器的輟學電壓為2V,這意味著輸入端需要至少7V才能正常工作,但它們可能會花費更多。功率效率有點問題。例如,如果你有一個12V直流電壓調節(jié)到3.3V直流電壓,負載圖1A,功率輸入約為12W,而功率輸出為3.3W,這意味著損耗為8.7W。那只有27.5%的效率!正是由于這個原因,DC-DC開關穩(wěn)壓器用于需要更大功率的應用,并且電源線噪聲(來自開關頻率)不是問題。這些設計更復雜,而且成本也更高。

除了這些問題之外,大多數(shù)穩(wěn)壓器在輸入和輸出都需要一個電容器,以便正確運行電壓。使用這種類型的穩(wěn)壓器的好處是,只要電源電壓保持在工作范圍內并且輸出電流超過最大值,它就應該完美地工作(無需額外考慮)。

步驟3:齊納二極管并聯(lián)穩(wěn)壓器

當您知道電源電壓的水平并且負載較小時,請使用齊納二極管二極管作為穩(wěn)壓器可能是一個不錯的選擇;但是,如果沒有合適的元件,這個電路可能比線性穩(wěn)壓器效率低得多。由于齊納二極管在反向偏置下放置在電路中,只要電源電壓為0,就會允許電流流過它。高于二極管的擊穿電壓。串聯(lián)電阻用于燒掉過電壓。同樣,這種能量在電阻器中被浪費為熱量。這個電路效率更低的原因是,只要電源電壓高于二極管擊穿電壓,即使沒有連接負載,電流也會一直流過電阻器。

電阻值確定電流。例如,使用我們之前的12V電源和3.3V齊納二極管,8.7V將在電阻上下降。正確的電阻值將允許足夠的電流通過,以便為負載電路供電,再加上齊納二極管消耗的微小電流。如果沒有連接負載,那么二極管將消耗整個電流。因此,了解負載的最大功率要求是非常有益的??紤]一個以20mA閃爍LED微控制器電路。微控制器的最大電流消耗取決于其運行速度等,但可能很容易低于100uA。為了安全起見,我們需要向整個電路提供30mA的電流。

要找出必要的串聯(lián)電阻,請從電源電壓中減去輸出電壓,然后將其除以所需的電流:(12V-3.3 V)/30mA =290Ω。這里要考慮的另一件事是功耗。電阻將在30mA時下降8.7V,耗散0.261W的功率。應使用0.5W電阻。如果沒有連接負載,齊納二極管將消耗整個30mA,耗散0.099W的功率。應使用0.2W或更大的二極管。即使連接了示例負載,齊納二極管也將在LED不點亮時消耗大部分電流。這就是為什么該電路效率極低的原因。

步驟4:總結和想法

因此,要弄清楚該電路中要使用哪些部件:

確定電路所需的電壓水平。

計算電路將具有的電流要求。

計算必要的串聯(lián)電阻以提供

計算電阻和二極管的最壞情況功耗。

相應地挑選零件。

R =(V S -V DIODE )/I TOTAL

P R = (V S -V DIODE )* I TOTAL = I TOTAL 2 * R =(V S - V DIODE ) 2 /R

P DIODE = V DIODE * I TOTAL

我已將數(shù)據(jù)表與通用半導體的一系列齊納二極管的功率值。這些信息有點陳舊,但它提供了一個很好的例子。該表顯示了齊納器件編號,擊穿電壓,電流消耗和最大調節(jié)電流。請記住,一個安全的選擇是使用額定功率至少為其潛在功耗兩倍的器件。

實際注意事項

您可能會想,鑒于此事實,該電路可能效率很低,我們何時(以及為什么)應該使用它?答案很簡單。當負載是一個相當連續(xù)的值(不是像閃爍的LED供電那樣劇烈變化)時,可以使用該電路,并且由于元件無法處理非常大的電流,因此不會太大。它可用于為一些穩(wěn)壓電壓低于電源電壓的芯片供電。然后,這些芯片可以控制通過晶體管(BJT或MOSFET)直接連接到電源的較大負載(如電機或LED)。

另一個使用此調節(jié)電路的好時機是供電電壓對于常規(guī)穩(wěn)壓器來說可能太低例如,我最近為朋友設計了一個測驗游戲系統(tǒng)。他希望用4節(jié)AA電池來制造它。問題在于:4節(jié)充電電池可產生約4.8V(4 * 1.2V電池),而4節(jié)普通堿性AA電池則可產生6V(4 * 1.5V電池)。后者的電壓太高,如微控制器等芯片,因此需要進行調節(jié)。我真的想用5V為μC供電,所以我手邊的部件的最佳解決方案是使用齊納二極管調節(jié)電壓。

如果使用可充電電池,則4.8V電源將通過電阻器進入電路,由齊納二極管保持不變。 μC汲取的電流將確定電阻器兩端的電壓降,但該值可以忽略不計。如果使用常規(guī)電池,則齊納二極管將6V電源調節(jié)至5.1V。還有其他明顯的解決方案,但我不想訂購任何新零件,因為我手邊有一些齊納二極管和大量電阻器。最后,如果空間或成本是一個重要因素,可以使用這個電路。該設計。電阻器和齊納二極管的成本比穩(wěn)壓器和幾個電容器要低很多,并且它們在電路板上占用的空間要少得多。希望這些信息能夠指出您在設計電路電源方面的正確方向!
責任編輯:wv

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