設(shè)計(jì)人員經(jīng)常面臨保護(hù)電源免受突然短路或持續(xù)高電流消耗的挑戰(zhàn)，因?yàn)樨?fù)載在許多工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用中的行為可能無(wú)法預(yù)測(cè)。低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器通常為這些負(fù)載供電，但沒(méi)有內(nèi)置保護(hù)。在這篇文章中，我們將討論一個(gè)有效增加 LDO 穩(wěn)壓器阻抗的概念，從而保護(hù)輸入免受不可預(yù)測(cè)的負(fù)載條件的影響。

圖 1 顯示了單通道LP2951的基本內(nèi)部功能。在右側(cè)，您可以看到依次連接了兩個(gè)電阻。當(dāng)該器件連接到 5V 穩(wěn)壓輸出時(shí)，V TAP直接連接到反饋，而檢測(cè)直接連接到輸出。請(qǐng)注意，這會(huì)在輸出電壓和地之間產(chǎn)生一個(gè)分壓器，并將降低的電壓發(fā)送到誤差放大器。這個(gè)反饋回路使輸出保持在 5V。

圖 1：LP2951的功能圖

使用設(shè)備內(nèi)部的兩個(gè)電阻器只是配置它的一種方法。通過(guò)使用外部分壓器，可以選擇器件輸出范圍內(nèi)的任何電壓。數(shù)據(jù)表中描述了執(zhí)行此操作的過(guò)程，但在輸出上保持特定電壓很簡(jiǎn)單。通過(guò)使用外部電路，該部分的電流限制可以從出廠設(shè)置降低到用戶(hù)可選擇的水平。例如，讓我們看看如果電流消耗變得過(guò)高，您將如何使用這種技術(shù)來(lái)降低輸出電壓。

圖 2： LP2951的限流電路

圖 2 顯示了使用的完整電路。由于輸入電流與輸出電流相同，因此可以在輸入側(cè)放置分流電阻，直接監(jiān)測(cè)輸出電流，而不影響輸出電壓。

在右側(cè)，輸入饋入分流電阻，然后直接饋入 V IN引腳。在沒(méi)有電流流動(dòng)的情況下，R shunt上的電壓為零，PNP 晶體管的 V EB也為零，這意味著晶體管將關(guān)閉，沒(méi)有電流流過(guò) R C。增加的PNP電路對(duì)圖左側(cè)的分壓器沒(méi)有影響，LP2951正常工作。請(qǐng)參見(jiàn)下面的等式示例。

        (1)

一旦一些電流開(kāi)始流過(guò) R shunt，它將產(chǎn)生電壓并最終將打開(kāi) PNP 晶體管，因?yàn)?V BE > V F并且晶體管將導(dǎo)通。晶體管將迫使額外的電流進(jìn)入反饋節(jié)點(diǎn)，輸出也會(huì)相應(yīng)改變。通過(guò)確定所需的截止電流 I cutoff并使用等式 1 來(lái)計(jì)算分流電阻值。

反饋處增加的電壓將使LP2951 “認(rèn)為”它輸出的電壓超過(guò)了所需的電壓，并且輸出電壓會(huì)降低。該電路的優(yōu)點(diǎn)在于分流電阻值選擇了輸出電流限制。較大的電阻會(huì)在較低的電流下產(chǎn)生閾值電壓，并且會(huì)更快地滾降輸出電壓。R C的值允許設(shè)計(jì)人員通過(guò)控制添加到節(jié)點(diǎn)的電流量來(lái)選擇輸出端的最終滾降值。

滿(mǎn)足此比率的任何 R 1和 R 2值都可以工作，但為了降低功耗，10 到 100 kΩ 范圍內(nèi)的值是最好的。選擇R 2為10kΩ，R 1很容易計(jì)算為30.49kΩ。使用 33kΩ 的標(biāo)準(zhǔn)值不會(huì)導(dǎo)致太大的誤差 (V OUT = 4.977V)。見(jiàn)公式 2：

            (2)

為了強(qiáng)制輸出到較低的電壓，您需要誘使設(shè)備認(rèn)為輸出正在增加，這意味著您需要在反饋節(jié)點(diǎn)處強(qiáng)制提高電壓。您需要添加的電壓量是通過(guò)推測(cè)輸出達(dá)到較低電壓并計(jì)算 5V 時(shí)的反饋節(jié)點(diǎn)電壓與所選較低電壓之間的差值來(lái)確定的。5V 的反饋電壓將為 1.235V（根據(jù)定義），較低電壓的電壓將由公式 3 定義：

            (3)

兩個(gè)電壓之間的差異是您必須添加到節(jié)點(diǎn)以強(qiáng)制輸出到較低電壓，或。要將所需電壓添加到反饋節(jié)點(diǎn)，必須有額外的電流通過(guò)該電阻器。公式 4 計(jì)算所需的電流量：

         (4)

R B的值并不重要，因?yàn)樵谶@個(gè)電路中通過(guò)它的電流很小。我們推薦 10k 的值，但從 1k 到 100k 的任何值都可以接受。

現(xiàn)在已找到所需的集電極電流，您可以計(jì)算最終組件值。R C使用基爾霍夫電壓定律計(jì)算，通過(guò)晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)和分流電阻器繪制一個(gè)回路。見(jiàn)公式 5：

          (5)

您可以假設(shè) I B R B大約為零，因此唯一剩下的未知數(shù)是 V EB和 R C。所選晶體管的數(shù)據(jù)表將包含 V EB，之后您可以輕松計(jì)算 R C。

LP2951使設(shè)計(jì)人員能夠通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制其輸出。通過(guò)正確使用有源元件，您可以將輸出連接到輸入電流并保護(hù)敏感電路。該電路當(dāng)然不是唯一可用的解決方案，但它是一個(gè)任何人都可以測(cè)試和使用的簡(jiǎn)單解決方案。