【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】

低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 +详细参数说明

LDO是大家最常见的电源芯片了吧,虽然存在效率不高的缺点,但相对于开关电源纹波更小、电路规模通常也更小,适用于低压差、小功率的应用场合。

在大多数场合我们都是用1117、7805这种IC来制作我们的电源。那我们可否在满足要求的情况下,使用分立元件来实现更低成本的LDO呢

原理不难,但若使电路可用,需认真设定每个元件的参数。

Let’s do it

Multisim软件版本

软件版本

附上multisim 14.0 网盘链接,内附PJ方法

https://pan.baidu.com/s/15NvcyeKIgk-COlvoDIfz0A

提取码: dsmf

设计目标

使用三极管、稳压管等基本器件代替LDO电源芯片 实现 15V输入,12V输出;
输出电流50mA;
输出纹波小于240mV (12V±1%);
相对于LDO芯片实现更低成本;

先看结果

原理图
【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】_第1张图片

下图中 蓝色为输入15V(加入1V/50HZ 输入干扰),黄色为输出为12V。
【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】_第2张图片

再来看下输出纹波 输出VPP为200mV左右
【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】_第3张图片

电路原理

利用稳压管1N4468,在三极管B与GND之间形成稳定13V 电压,由三极管BE约0.6V的压降后形成 约12.4V的稳定电压。

【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】_第4张图片如何实现稳压?
当负载存在波动,Vout过高,则Ube减小,三极管Uce增大,Vout增高;
反之 若Vout过低,Ube增大,则Uce减少,则Vout增高,如此实现稳压的目的。

参数确定

在输入端可以增加电容以减少纹波,但在电路中我没有加,因为要更好的模拟有纹波干扰。
【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】_第5张图片

1.首先是三极管的确定
由于我们要求的输出电流是50mA,为留有余量,IC>=100mA;Uce max >= 15V。
满足这一要求的NPN三极管有很多,我们选用multisim库中的2N2712。 功率为P= 3*0.5 = 0.15W,SOT23封装的功率为如下:
在这里插入图片描述
为保险起见,我们可以在实际制作时使用TO92封装三极管。

三极管的其他参数也贴出来,符合本电路的应用要求。
【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】_第6张图片

  1. 稳压管的确定
    我们要实现12V的输出,加上三极管BE电压0.6V,要求稳压管12.6V。但是没有12.6V的稳压管,那我们选13V的稳压管 1N4468。

1N4468的参数如下:
【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】_第7张图片我们重点看IZK,也就是最小稳压电流,这里是1mA,只有在IZ大于1mA时 稳压二极管才能稳压,我们为保险起见,取2mA。 那么原理图中的R1 = (15-13)/0.002 = 1K;

稳压二极管的功耗 = 0.002*13 = 0.026W;

电阻的功耗 = (0.002+ib)*2。 ib 约为 ic/80,也就是0.6mA左右。
则 电阻功耗= (0.003)*2 = 0.006W;

功耗很小,稳压二极管的功耗和电阻封装都满足功耗要求。

3.滤波电容的取值

遵循公式【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】_第8张图片
I 是放电电流, V 为纹波,f为频率

我们计算 C3 = i/vf = 0.05/(150) = 1000uF,哈哈。实际电路中一般不会有这么大的纹波,也用不到这么大的滤波电容,这里只是做个计算的示范。 实际搭电路的时候可以根据实际情况自行调整。

4.去耦电容的取值

去耦电容C2取值范围1 pF~2.2uF,这里我们取390nF

5.添加C1
在三极管B与GND之间添加去耦电容C1可以较好的去除干扰。
由于Ib为1/beta倍的Ic,则C1取390nF相当于在输出端加 390*beta倍电容。

成本对比

输出端滤波电容C3、C2由于无论是L7805还是分立元件搭建,都要有,所以不在成本比较的范围内。

L7805一枚的成本市场价在0.5-1元。

本次所介绍电路的成本统计:
【低压差稳压器(LDO)自制 Multisim仿真 + 详细参数说明】_第9张图片
约0.22元,为更低成本的选择。

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