PMLK LDO - 最小压差实验

大家好，我叫钟舒阳 是 TI 大学计划的工程师 本视频是 TI 电源管理套件 PMLK 系列视频中的一个 在本视频中 我将为大家介绍如何利用 PMLK LDO 实验板 来测量线性稳压器的最小压差 本实验使用的是 PMLK LDO 实验板中的 TPS7A4901 电路 TPS7A4901 电路 并且对应实验指导书中的实验一 您可以通过 TI 网站下载电子版的实验指导书 首先让我们来了解下有关线性稳压器最小压差的基本知识 线性稳压器通过其内部的通流器件来承担不需要的电压 并通过反馈电路使输出电压稳定在我们想要的值 图中显示了 TPS7A4901 的内部结构 其中通流器件是一个 PNP 型的晶体管 通过分压电阻 Rf1 和 Rf2 检测输出电压 并将检测到的反馈电压送到线性稳压器内部的误差放大器 误差放大器的同相端连接芯片内部的基准电压 当输出电压变化时 误差放大器会调整晶体管的基极电流 IB 从而改变 IC 以及 VCE 最终迫使反馈电压与基准电压相等 也就使得输出电压稳定在我们需要的值 输出电压满足以下关系式 为了保证提供所需要的输出电压 线性稳压器中的晶体管必须工作在放大区 从晶体管的输出特性曲线中可以看出 为了保证工作在放大区 晶体管的 VCE 电压必须大于一个阈值 这个阈值称为这个晶体管的饱和电压 在线性稳压器中 晶体管的 VCE 就等于输入电压与输出电压的差值 也就是说 线性稳压器输入电压与输出电压的差值 也必须大于晶体管的饱和电压 这个电压就是线性稳压器的最小压差 如果输入电压持续下降 输入电压和输出电压之差降到饱和电压以下 晶体管将进入饱和区 此时晶体管的 IC 受到 VCE 的限制 无法提供足够的输出电流 输出电压也会被拉低 这时线性稳压器就进入了压差区 下面我们就通过实验来验证一下线性稳压器的最小压差 首先我们来看一下完成这个实验所需要的仪器 在这个实验中 我们需要使用一台电源、一台电子负载以及一台万用用表 如果没有电子负载 您也可以使用可变电阻来作为负载 我们按照 PMLK LDO 实验指导书中的说明 来设置实验板上的跳线帽 我们需要将 J12 短接到 ON 的位置 来使用线性稳压器 然后短接 J13 以连接相位超前电容 将 J10 短接 把线性稳压器的输出设置为 5V 分别短接 J3 和 J5 以连接输入电容和输出电容 我们将实验板的输入连接至直流电源 将实验板的输出连接至电子负载 然后使用万用表的电压挡来测量实验板的输出电压 为了测量线性稳压器的最小压差 我们需要测量的是 当输出电压能够保持正常时的最小输入电压 根据刚才的理论讲解 我们知道 当输入电压下降到一定程度时 输出电压也会随之下降 因此我们测量 当输出电压下降到正常值超过0.1%时的输入电压 这代表线性稳压器进入了饱和区 那么这个时候的输入电压和输出电压之间的差值 就是线性稳压器的最小压差 我们将分别测量在不同负载电流下的 线性稳压器的最小压差 并对比输出电压为 5V 和 15V 时的不同的值 针对每一组负载电流 首先我们需要测量正常情况下的输出电压 我们先将输入电压是为 6V 将电流限制设为 200mA 打开电源 现在输入电压和输出电压的差大约为 1V 可以保证 TPS7A4901 工作在正常稳压状态 现在我们看到万用表上的输出电压大概为 4.9V 说明线性稳压器正常工作 但并没有输出电流 这是因为我们还没有打开电子负载的输出 我们将电子负载的电输出设为 25mA 恒流模式 然后打开电子负载的输出 现在我们可以看到电子负载的输出为 25mA 输出电压是 4.922V 这个电压就是 TPS7A4901 在 25mA 负载电流下的正常输出电压 我们将这个值输入数据表格 接下来我们计算输出电压下降0.1%的值 我已经在 excel 中输入了计算公式 我们可以看到计算结果为 4.917V 也就是说，接下来我们要测量的 就是当输出电压下降到 4.917V 以下时 就是当输出电压下降到 4.917V 以下时 对应的输入电压值 对应的输入电压值 接下来我就来降低输入电压的 我们现在看到输出电压已经降到了 4.914V 而现在对应的输入电压是 5.12V 我们将这两个数据记录到数据表格中 并根据它们计算线性稳压器在 25mA 负载电流下的最小压差 接下来我们调节不同的负载电流 并重复刚才的步骤 请注意在每一个负载电流下 我们需要重新测量线性稳压器的正常工作电压 再根据这个电压计算输出电压下降0.1%时的值 完成表格中的所有数据之后 我们关掉电子负载和电源的输出 然后我们拔掉跳线帽 J10 这样我们就将实验板的输出电压切换到了 15V 然后我们将测量在 15V 输入电压时 不同负载电流下的最小压差 请注意这个时候 我们需要将电源电压设置为 16V 来测得实验板的正常输出电压 现在我们已经完成了所有的测量 利用这些数据可以绘制出最小压差和负载电流的关系曲线 从曲线上可以看出 负载电流越大，线性稳压器的最小压差也越大 这是因为晶体管的饱和电压随着 IC 电流的增大而增大 另一方面输出电压为 5V 和 15V 时 最小压差几乎相同 这说明最小压差和输出电压的值无关 通过这个实验 我们理解了线性稳压器的最小压差和负载电流之间的关系 在实际应用中 我们需要根据系统对于最小压差的要求 来选择合适的芯片 使用最小压差比较小的线性稳压器 可以大大提高线性稳压器的效率 可以大大提高线性稳压器的效率 我们在后续的实验中也会对线性稳压器的效率做探讨 感谢观看这一集的 PMLK 的实验视频 更多有关 PMLK 电源管理实验套件的详细信息 可以通过以下网址下载 您也可以登陆 TI 大学计划的官方网站来获得更多详细信息 谢谢观看，再见