MSK5101系列大電流低壓差穩壓器及其應用

摘要：MSK5101是美國MSKennedy公司研製的一種新型低壓差、大電流、低功耗線性穩壓器。該器件具有＋3V、＋5V、＋12V和可調電壓輸出。最小壓差只有350mV，同時具有高效率和低功耗特性。文中介紹了MSK5101的主要特徵及應用方法。

關鍵詞：MSK5101 大電流輸出 低電壓跌落

１　概述

集成穩壓器在近十多年發展很快，目前國內外已發展到幾百個品種。按電路的工作方式分，有線性集成穩壓器和開關式集成穩壓器。按電路結構形式分，有單片式集成穩壓器和組合式集成穩壓器。按管腳的連接方式分，有三端式集成穩壓器和多端式集成穩壓器。按製造工藝分，有半導體集成穩壓器、薄膜混合集成穩壓器和厚膜混合集成穩壓器。而在線性集成穩壓器方面，則以低壓差、大電流、小體積的發展比較迅猛。

ＭＳＫ５１０１是美國ＭＳＫｅｎｎｅｄｙ公司研製的一種新型低壓差、大電流、低功耗線性穩壓器，它有＋３Ｖ、＋５Ｖ、＋１２Ｖ和可調輸出。輸出電晶體採用單片工藝製造的超級ＰＮＰ管，所以該系列型號的輸入輸出電壓差很小。圖１所示是ＭＳＫ５１０１的內部結構框圖。

圖1

當ＭＳＫ５１０１的輸出電流為１．５Ａ時，其壓差只有３５０ｍＶ，因而它的效率很高，功耗較低。且輸出電壓精度可確保１％。此外，該系列穩壓器也具有ＴＴＬ／ＣＭＯＳ兼容的ｏｎ／ｏｆｆ使能腳以及故障信號輸出腳。ＭＳＫ５１００採用可有效利用空間的１０腳功率型ＳＯＩＣ封裝，並且外殼上帶有散熱器銅接頭。

ＭＳＫ５１０１的體積很小。其外形如圖２所示，尺寸大小為６．３５ｍｍ６．３５ｍｍ２．０８ｍｍ，所以在很多有體積和重量限制的大功率穩壓器應用中，該系列穩壓器有很好的性價比。因此，可廣泛應用於高效線性穩壓器、恆壓／恆流調節器、系統功率源、開關電源輸出穩壓器以及電池供電等設備。

ＭＳＫ５１０１的主要特點如下：

● 採用帶散熱器接頭的緊密型１０腳ＳＯＩＣ封裝形式；

●輸入輸出電壓差非常小，輸出電流為１．５Ａ時，壓差只有３５０ｍＶ；

● 具有３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ和可調輸出；

● 採用開路集電極誤差信號輸出方式；

● 帶有ＴＴＬ電平使能腳；可零電流關斷；

● 帶有電源反接保護和負載短路保護功能；

● 接地端電流只有２２ｍＡ（滿載時）；

● 輸出電壓精度可達１％；

● 輸出電流可達１．５Ａ。

２　主要參數

ＭＳＫ５１０１的主要電氣性能參數如表１所列。

表1 MSK5101的主要電氣性能參數

參數名稱	測試條件	MSK5101系列			單 位
		最小	典型	最大
輸出電壓公差	Iout=1A，Vin=Vout+1V		0.5	1.0	%
輸入輸出電壓差	Δvout=-1%，Iout=100mA		80	225	mV
	Δvout=-1%，Iout=1.5A		350	625	mV
負載調整率	Vin=Vout+5V		0.2	1.2	%
	10mA≤Iout≤1.5		0.3		%
電源調整率	（Vout+1V）≤Vin≤26VIout=10mA		0.05	0.6	%
			0.5		%
輸出限流值	Vout=0V，Vin=Vout+1V		2.1	3.5	A
接地端電流	Vin=Vout+1V，Iout=0.75		8	20	mA
輸出噪聲	Vin=Vout+1V，Iout=1.5A		22		mA
使能腳輸入電壓	CL=10μF，10Hz≤f≤100kHZ		400		μV
使能腳輸入電壓	高電平/導通	2.4	1.2		V
	低電平/關斷		1.2	0.8	V
使能腳輸入電流	高電平/導通		20	75	μA
	低電平/關斷		1	2	μA
關斷輸出電流	VENABLE≤08V		10	20	μA
輸出漏電流	VOH=26V		0.01	2	μA
信號輸出電壓	IOL≤250μA，Vin=Vout-2V		0.2	0.4	V
信號門限	Vin=Vout-7%		75		mV
基準電壓	正常工作	1.22	1.24	1.26	V
基準電壓溫漂	正常工作		20		PPm/℃
調整腳偏置電流	全部溫度範圍，Vin=Vout+1V		40	150	mA
熱阻	結到外殼		4.5	5	℃/W
過熱關斷溫度	結溫JT1		135		℃

３　應用說明

３．１ 穩壓器保護

ＭＳＫ５１０１系列穩壓器具有輸入電源極性反接、過電流、超溫（Ｐｄ過大）和瞬態電壓尖峰達到６０Ｖ等各種保護功能，若將該穩壓器用於負載接負電源的雙電源中，則輸出電壓必須採用二極體箝位到地。

３．２ 輸出電容

在輸出端與接地端之間接入一隻濾波電容可以減小ＭＫＳ５１０１系列穩壓器的輸出電壓紋波，該電容的最佳容量取決於應用情況，但至少應在１０μＦ以上。也可在負載兩端直接接入一隻電容器來改善負載的瞬態響應能力。

３．３ 負載連接

在實際應用中，當穩壓器負載電流很大時，負載的接法非常重要。為了不影響負載調整率，穩壓器輸出到負載之間連線的阻抗必須非常小，因為該阻抗可與負載組成分壓器。為了保持穩壓，ＭＳＫ５１０１系列穩壓器的最小負載電流應為１０ｍＡ。

３．４ 使能管腳

ＭＳＫ５１０１系列穩壓器有一個與ＴＴＬ信號兼容的使能（ＥＮＡＢＬＥ）管腳，在該腳為ＴＴＬ高電平時，內部偏壓電路工作，並使穩壓器電源接通。而當該腳為ＴＴＬ低電平時，內部控制器關斷，此時流入該器件的靜態電流只有５μＡ。如果不需要使能功能，使能管腳可接到輸入腳。

３．５ 故障信號輸出腳

ＭＳＫ５１０１系列中所有固定輸出電壓的穩壓器產品都有一個故障信號輸出腳。因為信號輸出腳內為開路集電極輸出電路，該腳電壓可以上升到３Ｖ～２６Ｖ之間的任意電壓。這種特性允許該腳與任意邏輯電平接口。當信號比較器檢測到「不穩壓」狀態時，該腳輸出有效低電平（典型電壓為０．２２Ｖ）。ＭＳＫ５１０１的故障信號狀態包括輸入電壓過低、超溫關斷和輸出限流等。實際上，當輸入電壓瞬態過高時，故障信號管腳也將輸出高電平。

３．６ 散熱器選擇

採用對流散熱時?應按下式選擇ＭＳＫ５１０１系列穩壓器所需的散熱器：

ＴＪ＝Ｐｄ（Ｒθｊｃ＋Ｒθｃｓ＋Ｒθｓａ）Ｔａ

式中： ＴＪ為結溫；

Ｐｄ為總功耗；

Ｒθｊｃ為結到外殼的熱阻；

Ｒθｃｓ為外殼到散熱器的熱阻；

Ｒθｓａ為散熱器到環境的熱阻；

Ｔａ為環境溫度。

設計時，可首先按下式計算出功耗Ｐ：

Ｐ＝（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）Ｉｏｕｔ

然後，再選擇最高結溫。一般最高允許結溫為１２５℃。為了計算所需散熱器到環境的熱阻，應將上述結溫的表示式整理為：

Ｒθｓａ＝[（ＴＪ－Ｔａ）／Ｐｄ]－Ｒθｊｃ－Ｒθｃｓ

以下為根據此式列出的一個散熱器選擇的實例：

若ＭＳＫ５１０１＿３．３型穩壓器的輸入Ｖｉｎ為＋５Ｖ?輸出Ｖｏｕｔ為＋３．３Ｖ?連續直流電流Ｉｏｕｔ為１Ａ。環境溫度為＋２５℃，最高結溫為１２５℃。Ｒθｊｃ為５℃／Ｗ，Ｒθｓａ為０．５℃／Ｗ。則：

Ｐ＝（５Ｖ－３．３Ｖ）１Ａ＝１．７Ｗ

Ｒθｓａ＝[（１２５℃－２５℃）／１．７Ｗ]－５℃／Ｗ－０．５℃／Ｗ＝５３．３２℃／Ｗ

因此，在該例中，為了保證結溫不超過１２５℃，應選用熱阻小於５３℃／Ｗ的散熱器。

４ ＭＳＫ５１０１－００的輸出電壓調整電路

ＭＳＫ５１０１－００是一種輸出電壓可調的高性能穩壓器。用它設計的輸出電壓調整電路如圖３所示。圖中，串聯電阻Ｒ１和Ｒ２應根據所需通過的最小穩壓器輸出電流（１０ｍＡ）來選擇。

ＭＳＫ５１０１系列穩壓器是一種高導熱器件，外殼散熱器到內部ＰＮ結的導熱通路非常短。該器件焊到電路板上時，應當採用標準的表面貼裝技術。在大功率應用中，印刷電路板上應開一個導熱孔，以便外殼上的散熱器能將熱量傳導到外接散熱器上。外接散熱器必須接地，因為ＭＳＫ５１０１的地板面是接地的，用戶在設計印刷電路板時，必須牢記這一點。除此之外，印刷電路板上的布線也不能與器件的地板面相連。

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