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MSK5101大电流低压差稳压器的应用


摘要:MSK5101是美国MSKennedy公司研制的一种新型低压差、大电流、低功耗线性稳压器。该器件具有+3V、+5V、+12V和可调电压输出。最小压差只有350mV,同时具有高效率和低功耗特性。文中介绍了MSK5101的主要特征及应用方法。
关键词:MSK5101 大电流输出 低电压跌落



1 概述

集成稳压器在近十多年发展很快,目前国内外已发展到几百个品种。按电路的工作方式分,有线性集成稳压器和开关式集成稳压器。按电路结构形式分,有单片式集成稳压器和组合式集成稳压器。按管脚的连接方式分,有三端式集成稳压器和多端式集成稳压器。按制造工艺分,有半导体集成稳压器、薄膜混合集成稳压器和厚膜混合集成稳压器。而在线性集成稳压器方面,则以低压差、大电流、小体积的发展比较迅猛。

MSK5101是美国MSKennedy公司研制的一种新型低压差、大电流、低功耗线性稳压器,它有+3V、+5V、+12V和可调输出。输出晶体管采用单片工艺制造的超级PNP管,所以该系列型号的输入输出电压差很小。图1所示是MSK5101的内部结构框图。

当MSK5101的输出电流为1.5A时,其压差只有350mV,因而它的效率很高,功耗较低。且输出电压精度可确保1%。此外,该系列稳压器也具有TTL/CMOS兼容的on/off使能脚以及故障信号输出脚。MSK5100采用可有效利用空间的10脚功率型SOIC封装,并且外壳上带有散热器铜接头。

MSK5101的体积很小。其外形如图2所示,尺寸大小为6.35mm×6.35mm×2.08mm,所以在很多有体积和重量限制的大功率稳压器应用中,该系列稳压器有很好的性价比。因此,可广泛应用于高效线性稳压器、恒压/恒流调节器、系统功率源、开关电源输出稳压器以及电池供电等设备。

MSK5101的主要特点如下:

● 采用带散热器接头的紧密型10脚SOIC封装形式;

●输入输出电压差非常小,输出电流为1.5A时,压差只有350mV;

● 具有3.3V、5V、12V和可调输出;

● 采用开路集电极误差信号输出方式;

● 带有TTL电平使能脚;可零电流关断;

● 带有电源反接保护和负载短路保护功能;

● 接地端电流只有22mA(满载时);

● 输出电压精度可达1%;

● 输出电流可达1.5A。



2 主要参数

MSK5101的主要电气性能参数如表1所列。

表1 MSK5101的主要电气性能参数

参数名称测试条件MSK5101系列单  位
最小典型最大
输出电压公差Iout=1A,Vin=Vout+1V±0.5±1.0%
输入输出电压差Δvout=-1%,Iout=100mA80225mV
Δvout=-1%,Iout=1.5A350625mV
负载调整率Vin=Vout+5V±0.2±1.2%
10mA≤Iout≤1.5±0.3%
电源调整率(Vout+1V)≤Vin≤26VIout=10mA±0.05±0.6%
±0.5%
输出限流值Vout=0V,Vin=Vout+1V2.13.5A
接地端电流Vin=Vout+1V,Iout=0.75820mA
输出噪声Vin=Vout+1V,Iout=1.5A22mA
使能脚输入电压CL=10μF,10Hz≤f≤100kHZ400μV
使能脚输入电压高电平/导通2.41.2V
低电平/关断1.20.8V
使能脚输入电流高电平/导通2075μA
低电平/关断12μA
关断输出电流VENABLE≤08V1020μA
输出漏电流VOH=26V0.012μA
信号输出电压IOL≤250μA,Vin=Vout-2V0.20.4V
信号门限Vin=Vout-7%75mV
基准电压正常工作1.221.241.26V
基准电压温漂正常工作20PPm/℃
调整脚偏置电流全部温度范围,Vin=Vout+1V40150mA
热阻结到外壳4.55℃/W
过热关断温度结温JT1135



3 应用说明

3.1 稳压器保护

MSK5101系列稳压器具有输入电源极性反接、过电流、超温(Pd过大)和瞬态电压尖峰达到60V等各种保护功能,若将该稳压器用于负载接负电源的双电源中,则输出电压必须采用二极管箝位到地。

3.2 输出电容

在输出端与接地端之间接入一只滤波电容可以减小MKS5101系列稳压器的输出电压纹波,该电容的最佳容量取决于应用情况,但至少应在10μF以上。也可在负载两端直接接入一只电容器来改善负载的瞬态响应能力。

3.3 负载连接

在实际应用中,当稳压器负载电流很大时,负载的接法非常重要。为了不影响负载调整率,稳压器输出到负载之间连线的阻抗必须非常小,因为该阻抗可与负载组成分压器。为了保持稳压,MSK5101系列稳压器的最小负载电流应为10mA。

3.4 使能管脚

MSK5101系列稳压器有一个与TTL信号兼容的使能(ENABLE)管脚,在该脚为TTL高电平时,内部偏压电路工作,并使稳压器电源接通。而当该脚为TTL低电平时,内部控制器关断,此时流入该器件的静态电流只有5μA。如果不需要使能功能,使能管脚可接到输入脚。

3.5 故障信号输出脚

MSK5101系列中所有固定输出电压的稳压器产品都有一个故障信号输出脚。因为信号输出脚内为开路集电极输出电路,该脚电压可以上升到3V~26V之间的任意电压。这种特性允许该脚与任意逻辑电平接口。当信号比较器检测到“不稳压”状态时,该脚输出有效低电平(典型电压为0.22V)。MSK5101的故障信号状态包括输入电压过低、超温关断和输出限流等。实际上,当输入电压瞬态过高时,故障信号管脚也将输出高电平。

3.6 散热器选择

采用对流散热时应按下式选择MSK5101系列稳压器所需的散热器:

TJ=Pd(Rθjc+Rθcs+Rθsa)Ta

式中: TJ为结温;

Pd为总功耗;

Rθjc为结到外壳的热阻;

Rθcs为外壳到散热器的热阻;

Rθsa为散热器到环境的热阻;

Ta为环境温度。

设计时,可首先按下式计算出功耗P:

P=(Vin-Vout)×Iout

然后,再选择最高结温。一般最高允许结温为125℃。为了计算所需散热器到环境的热阻,应将上述结温的表示式整理为:

Rθsa=[(TJ-Ta)/Pd]-Rθjc-Rθcs

以下为根据此式列出的一个散热器选择的实例:

若MSK5101_3.3型稳压器的输入Vin为+5V输出Vout为+3.3V连续直流电流Iout为1A。环境温度为+25℃,最高结温为125℃。Rθjc为5℃/W,Rθsa为0.5℃/W。则:

P=(5V-3.3V)×1A=1.7W

Rθsa=[(125℃-25℃)/1.7W]-5℃/W-0.5℃/W=53.32℃/W

因此,在该例中,为了保证结温不超过125℃,应选用热阻小于53℃/W的散热器。



4 MSK5101-00的输出电压调整电路


MSK5101-00是一种输出电压可调的高性能稳压器。用它设计的输出电压调整电路。串联电阻R1和R2应根据所需通过的最小稳压器输出电流(10mA)来选择。

MSK5101系列稳压器是一种高导热器件,外壳散热器到内部PN结的导热通路非常短。该器件焊到电路板上时,应当采用标准的表面贴装技术。在大功率应用中,印刷电路板上应开一个导热孔,以便外壳上的散热器能将热量传导到外接散热器上。外接散热器必须接地,因为MSK5101的地板面是接地的,用户在设计印刷电路板时,必须牢记这一点。除此之外,印刷电路板上的布线也不能与器件的地板面相连。