MSK5101系列大电流低压差稳压器及其应用

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。 图1 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%26;#215;６．３５ｍｍ%26;#215;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 　 %26;#177;0.5 %26;#177;1.0 % 输入输出电压差 Δvout=-1%，Iout=100mA 　 80 225 mV Δvout=-1%，Iout=1.5A 　 350 625 mV 负载调整率 Vin=Vout+5V 　 %26;#177;0.2 %26;#177;1.2 % 10mA≤Iout≤1.5 　 %26;#177;0.3 　 % 电源调整率 （Vout+1V）≤Vin≤26VIout=10mA 　 %26;#177;0.05 %26;#177;0.6 % 　 %26;#177;0.5 　 % 输出限流值 Vout=0V，Vin=Vout+1V 　 2.1 3.5 A 接地端电流 Vin=Vout+1V，Iout=0.75 　 8 20 mA 输出噪声 Vin=Vout+1V，Iout=1.5A 　 22 　 mA 使能脚输入电压 CL=10μF，10Hz≤f≤100kHZ 　 400 　 μV 使能脚输入电压 高电平/导通 2.4 1.2 　 V 低电平/关断 　 1.2 0.8 V 使能脚输入电流 高电平/导通 　 20 75 μA 低电平/关断 　 1 2 μA 关断输出电流 VENABLE≤08V 　 10 20 μA 输出漏电流 VOH=26V 　 0.01 2 μA 信号输出电压 IOL≤250μA，Vin=Vout-2V 　 0.2 0.4 V 信号门限 Vin=Vout-7% 　 75 　 mV 基准电压 正常工作 1.22 1.24 1.26 V 基准电压温漂 正常工作 　 20 　 PPm/℃ 调整脚偏置电流 全部温度范围，Vin=Vout+1V 　 40 150 mA 热阻 结到外壳 　 4.5 5 ℃/W 过热关断温度 结温JT1 135 　 ℃ 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）%26;#215;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）%26;#215;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如图３所示。图中，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。