入门级电源工程师常遇到的问题
电源研发精英圈 2021-04-19

在Vcc上直接并联稳压管会怎么样?


先上图

一些入门级的电源工程师常遇到这样一个问题,在电路图中的Vcc接芯片的地方加入了一个12V左右稳压管。目的是为了保证芯片的电压上限,意图很明确,稳压管能够保护芯片不会因为电压过高问题而烧毁。看上去没啥毛病,但实际上很危险。


我们一起来初步分析一下


大概估算稳压管的功率消耗


如果在正常情况下,比如Vcc绕组的上端为正下端为负的时候,上端对地电位为14V,经过限流电阻和Vcc整流二极管到稳压管和芯片,此时我们计算一下稳压管和IC以及Vcc电容共同消耗的电流:在不考虑二极管压降的情况下,Iic+Izener+Ic=(14-12)/10=0.2A,假设占空比为0.5,此时稳压管和IC共同消耗的功率为12*0.2*0.5=1.2W,除掉一部分Vcc电容上的电流,虽然没有1.2W但IC和稳压管消耗的功率还是比较大,然后芯片的电流主要用来做mos管的驱动消耗是比较小的,所以大部分功耗在稳压管上。


我们再来看一下限流电阻上的功耗,假设占空比为0.5,很好计算,变压器Vcc绕组上端为14V,到稳压管12V,如果不考虑整流二极管的压降电阻上的压降为2V,可以计算得到限流电阻上的功耗为,22/10  *  0.5=0.2W,也比较大。


请注意上面的分析只是一个简单的理论初步分析,还有一些实际情况没考虑(比如电流大了,Vcc绕组的电压可能会被拉得更低一点),实际上可能功耗比上面的分析要小一点,但还是比较大。


但是不要忘了,上面分析的这个还是比较好的情况来分析的,我们试想一下,你的变压器Vcc绕组上的电压不可能设计的那么准,比如在输出空载时Vcc绕组是14V,如果主输出功率比较大,Vcc可能上升都18V,20V甚至更高,另外Vcc电压飘跟电源功率,跟变压器绕制工艺也有很大关系,这些都是不好把控的,调试的需要限流电阻也不一定是10Ω,所以这个方案肯定是不行的。


我只想说强扭的瓜不甜啊。


这个接法导致的问题:第一效率太低,第二有可能直接把烧毁稳压管。


如果,我们非要更好保护IC,或者Vcc空满载的电压相差太大需要稳压,我们该怎么接比较好?


我画了一个电路,这也是非常常见的电路,供大家参考。

用一个电阻,一个稳压管,一个N型三极管,组件一个简单的线性稳压。

这个电路没有存在上面那个电路的那些弊端。


我们也来简单分析一下


假设Vcc上正下负的时候,上方为14V,此时没有稳压管强制把电压拉低(稳压管是经过了一个比较大的电阻串联才到地的),所以经过整流后C1上的电压是14V左右,而C2的正极接的是NPN三极管的e极,而e极是跟随三极管的b极的电压的,所以C2上的电压会被稳定到12V(三极管PN结压降忽略),然后我们来分析一下从C1到C2流过的电流,很简单,三极管左端一个电流消耗在IC上,另一个电流在C2上,三极管流过的电流就是Iic+Ic2,这两个电流都是比较小的,所以三极管上的压降乘以这个电流,这是三极管上消耗的功率。


分析下来没有什么大的功耗,消耗了一部分功耗但对于效率影响很小,比如要是没有这个稳压电路,这个14V加在IC之上,而IC功率消耗很大一部分是用在驱动输出之上,IC上的大部分损耗为Vcc*Ig(Vcc电压*驱动电流),对于芯片来说,Vcc越高损耗就越大。所以加这个稳压电路没有增大多少功耗,只是把本该IC的部分功耗转移到了三极管之上,当然主要是要把IC的供电电压稳住。

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