扩展低压差稳压器输入范围的方法

出处:kingpoo 发布于:2007-06-02 22:17:22

由于制造工艺的种种局限性,所有IC的输入电压都会受到限制。当人们试图用一个DC/DC变换器(如线性稳压器)来把很高的电源电压降到较低的稳定电压时,这一局限性就会带来麻烦。在线性稳压器的输入端加接一只FET(效场应管)就能使DC/DC变换器的输入电压范围比单单使用稳压器的大。但是这样一来,FET要承受过大的电压和功耗。
  图1示出了一只IRF7601型n沟道MOSFET加接在TPS79228型2.8V、100mA低压差稳压器的输入端上。该稳压器噪声小、电源抑制比高。R1和R2为MOSFET的栅极提供偏压,负载电流决定了MOSFET的源极电压。(换言之,调节FET的导通电阻就可提供负载电流。)在本例中,电源电压为15V,而TPS79228的推荐工作输入电压为5.5V,所以,本设计使用一只击穿电压为20V的MOSFET。
  为了确定MOSFET栅极的偏压,人们需要使用该MOSFET的漏极电流IP对栅极一源极电压VGS数据表曲线。IRF7601的这种数据表曲线表明,该器件要达到100mA的输出电流,其VGS必须略低于1.5V。因为稳压器的压差电压在输出电流为100mA时为10
 
0mV,所以稳压器的输入电压必须高于2.9V。因此,加在MOSFET栅极上的偏压至少应为1.5V+2.9V=4.4V。这样一来,当MOSFET输出100mA电流时,其源极电压就不会降到2.9V以下。其栅极偏压就是推荐的工作电压,即5.5V。这一电压对栅极的驱动绰绰有余,足以在关机模式期间提供稳压器的1μA静态电流。虽然能够在4.4V和5.5V之间对栅极进行偏置,但本设计根据阈值电压的变化,使用了5V偏压。该MOSFET的功耗为100 mA×(15V-2.9V)=1.21W。采用Micro8 引脚封装的IRF7601可在55℃的环境温度不承受这样大的功耗。
  图2所示电路略为复杂一些,但在输入电压变化很大时这种略为复杂的电路是必不可少的。齐纳二极管代替了图1中的R2,从而为MOSFET提供了固定不变的栅极驱动。选择齐纳二极管输出电压的方法与上面所述的相同。图1和图2所示的两种电路都能令人满意地使DC/DC变换器的输入电压范围都比变换器IC本身的大。这种单MOSFET解决方案是简单而又廉价的方案。当电源未经稳压时,用齐纳二极管来加偏压的MOSFET则是的选择。

  图1 可用一只MOSFET开关来扩大低压差稳压器的输入电压范围。
  图2 当输入电压变化很大时,齐纳二极管可为MOSFET提供固定不变的栅极驱动。



  
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