来自 hg平台 2018-08-13 18:24 的文章

限流二极管扩流电路

简介 

    限流二极管(CLD)或称电流调节二极管(CRD),比基于晶体管的传统电流源更为简单,因此有着明显的优势。然而,限流二极管的应用也有明显的局限性。原因之一是目前的限流二极管产品提供的最大电流仅15mA,而功率最大仅为1瓦。因此,限流二极管的应用主要被限制在低功率应用,如电话线路电路模块、手持设备和单IC芯片或PC板的某些部分。然而,大多数电子应用需要的电流水平都远远高于15mA,在功率水平方面也是如此。传统上,通过并联使用限流二极管,可以获得两倍、三倍甚至多倍的限流数值。然而,仅仅通过增加限流二极管的数量来获得大电流即笨拙又不实用。例如,对于传统PC卡或系统模块来说,需要1A以上电流是很常见的,利用66个限流二极管器件并联获得1A电流,或者利用100个并联限流二极管获得1.5A电流的作法根本就不现实。因此,迫切需要能够获得大限流数值的实用限流解决方案。 

    本文简单介绍了利用晶体管电流增益和基本电路理论来扩展限流二极管电流的实用电路设计技术。 

实用的限流扩流电路技术 

    使用限流二极管的传统电路:使用限流二极管的传统电路。在这一电路中,限流二极管调节IREG使其免受输入电压VIN或负载RL的影响。如果输入电压VIN增加,限流二极管吸收增加的电压并调整电流IREG,从而保证通过负载RL的电压保持恒定。同样,如果负载RL变化,IREG保持恒定,限流二极管吸收负载上的电压变化。目前限流二极管的最大额定电流为15mA,最大额定功率为1W。 

    限流二极管扩流电路技术:限流二极管扩流电路。该电路中,晶体管Q1(NPN)或Q1A(PNP) 放大限流二极管电流,而电阻R1和R2的比值决定了电流大小。图2A中的扩流电路采用了NPN晶体管,而图2B采用的是PNP晶体管。除了电流极性以外,两个电路的工作原理基本是一样的。 

    扩流电路分析 

I1R1=I2 R2 
I1=I2 R2/R1 
由于IREG=I1+I2 
电流增益  
G1=R2/R1+1 
如果R2/R1>>1,那么G1=R2/R1 (1) 
如果考虑到晶体管电流增益b是有限的,那么,整个电路的电流增益为: 
(2) 

设计时需考虑的因素 

    一个实用的电路设计必须考虑所采用的器件对性能的影响。扩流电路由晶体管、限流二极管(CLD)和两个电阻组成。影响整个扩流电路性能的晶体管参数是其额定电流、基极-发射极(B-E)偏移电压和电流增益。对于限流二极管,主要是其限流数值。而对于两个电阻,重要的是其阻值和公差。由于器件参数会随温度变化,因此还必须考虑到温度的影响。 
  
实验电路结果 

    做为实际的例子,我们在扩流电路中分别采用了NPN CZT3055和PNP CZT2955晶体管,放大电阻R2采用200W,R1分别采用 0.5, 1, 2, 4 和8W。实验结果示于图3,其中给出的是稳定电流与稳定电压的关系。可以看出,当R1为0.5W时,IREG为1.5A,该数值是限流二极管CCLH150额定电流15mA的100倍。做为对比,图3同时给出了限流二极管的IREG与 VREG之间的关系。 
由于扩流电路的扩流能力随着晶体管电流增益b增大而增加,因此如果使用b值更高的晶体管(如达林顿晶体管),扩流电路的限流值可以提高到1.5A以上。 

结语 

    根据基本电路理论和实验结果,我们可以获得简单的大电流限流电路。仅采用一个晶体管、一个限流二极管和两个电阻,该电路就可将限流二极管的额定电流值扩大到更高的水平,扩流的倍数仅受到所采用的晶体管电流容量和电流增益的限制。同样,该扩流电路还可提高限流器件的功率水平,主要的限制仅在于晶体管的额定功率。这一扩流电路的重要性是显然的,因为它可以简单方便地实现原来至少要100个大电流限流二极管的功能。此处给出的扩流技术并不仅限于限流扩流应用,还可用于任何需要电流放大的其它应用。