如何选择齐纳二极管分流稳压器

第1步：齐纳二极管基础知识

In如果您不知道，二极管是一种特殊类型的电气元件，它允许电流在一个方向上自由流动，但阻止它反向流动 - 在水中类比，二极管将是一个单向阀，只允许水以特定方向流动。典型的二极管在正向偏置时会产生大约0.7V的电压降。

所有二极管都具有“反向击穿电压”，如果反向施加到二极管上，则会导致电流反向流过该组件，通常会破坏该组件。过程。该值通常为数百至数千伏。齐纳二极管（类似于“雪崩二极管”）是一种特殊的二极管子类，如果施加的电压高于某一水平而不损坏元件，则允许电流反向流动。当然，电压电平和/或电流有限制，但这些是设计工程师必须考虑的因素。

一些常见的齐纳二极管击穿电压为：1.8，3.3，5.1，7.5和12.6

步骤2：线性稳压器概述

对于95％的小型电路，电压调节由线性压降调节器执行。共同的78xx系列非常受欢迎，因为“xx”代表了广泛的调节器值。例如，7805稳压器将输出5V。 7812稳压器将输出12V。这些都是直流值。使用这些调节器时有两个主要问题：

效率不高 - 过热会浪费热量。

它们需要特定的输入电压范围用于操作。

有一些称为LDO的调节器用于“低压差”，这意味着输入不必高于输出。这些都很不错，因为标准7805稳压器的辍学电压为2V，这意味着输入端需要至少7V才能正常工作，但它们可能会花费更多。功率效率有点问题。例如，如果你有一个12V直流电压调节到3.3V直流电压，负载图1A，功率输入约为12W，而功率输出为3.3W，这意味着损耗为8.7W。那只有27.5％的效率！正是由于这个原因，DC-DC开关稳压器用于需要更大功率的应用，并且电源线噪声（来自开关频率）不是问题。这些设计更复杂，而且成本也更高。

除了这些问题之外，大多数稳压器在输入和输出都需要一个电容器，以便正确运行电压。使用这种类型的稳压器的好处是，只要电源电压保持在工作范围内并且输出电流超过最大值，它就应该完美地工作（无需额外考虑）。

步骤3：齐纳二极管并联稳压器

当您知道电源电压的水平并且负载较小时，请使用齐纳二极管二极管作为稳压器可能是一个不错的选择；但是，如果没有合适的元件，这个电路可能比线性稳压器效率低得多。由于齐纳二极管在反向偏置下放置在电路中，只要电源电压为0，就会允许电流流过它。高于二极管的击穿电压。串联电阻用于烧掉过电压。同样，这种能量在电阻器中被浪费为热量。这个电路效率更低的原因是，只要电源电压高于二极管击穿电压，即使没有连接负载，电流也会一直流过电阻器。

电阻值确定电流。例如，使用我们之前的12V电源和3.3V齐纳二极管，8.7V将在电阻上下降。正确的电阻值将允许足够的电流通过，以便为负载电路供电，再加上齐纳二极管消耗的微小电流。如果没有连接负载，那么二极管将消耗整个电流。因此，了解负载的最大功率要求是非常有益的。考虑一个以20mA闪烁LED的微控制器电路。微控制器的最大电流消耗取决于其运行速度等，但可能很容易低于100uA。为了安全起见，我们需要向整个电路提供30mA的电流。

要找出必要的串联电阻，请从电源电压中减去输出电压，然后将其除以所需的电流：（12V-3.3 V）/30mA =290Ω。这里要考虑的另一件事是功耗。电阻将在30mA时下降8.7V，耗散0.261W的功率。应使用0.5W电阻。如果没有连接负载，齐纳二极管将消耗整个30mA，耗散0.099W的功率。应使用0.2W或更大的二极管。即使连接了示例负载，齐纳二极管也将在LED不点亮时消耗大部分电流。这就是为什么该电路效率极低的原因。

步骤4：总结和想法

因此，要弄清楚该电路中要使用哪些部件：

确定电路所需的电压水平。

计算电路将具有的电流要求。

计算必要的串联电阻以提供

计算电阻和二极管的最坏情况功耗。

相应地挑选零件。

R =（V S -V DIODE ）/I TOTAL

P R = （V S -V DIODE ）* I TOTAL = I TOTAL 2 * R =（V S - V DIODE ） 2 /R

P DIODE = V DIODE * I TOTAL

我已将数据表与通用半导体的一系列齐纳二极管的功率值。这些信息有点陈旧，但它提供了一个很好的例子。该表显示了齐纳器件编号，击穿电压，电流消耗和最大调节电流。请记住，一个安全的选择是使用额定功率至少为其潜在功耗两倍的器件。

实际注意事项

您可能会想，鉴于此事实，该电路可能效率很低，我们何时（以及为什么）应该使用它？答案很简单。当负载是一个相当连续的值（不是像闪烁的LED供电那样剧烈变化）时，可以使用该电路，并且由于元件无法处理非常大的电流，因此不会太大。它可用于为一些稳压电压低于电源电压的芯片供电。然后，这些芯片可以控制通过晶体管（BJT或MOSFET）直接连接到电源的较大负载（如电机或LED）。

另一个使用此调节电路的好时机是供电电压对于常规稳压器来说可能太低例如，我最近为朋友设计了一个测验游戏系统。他希望用4节AA电池来制造它。问题在于：4节充电电池可产生约4.8V（4 * 1.2V电池），而4节普通碱性AA电池则可产生6V（4 * 1.5V电池）。后者的电压太高，如微控制器等芯片，因此需要进行调节。我真的想用5V为µC供电，所以我手边的部件的最佳解决方案是使用齐纳二极管调节电压。

如果使用可充电电池，则4.8V电源将通过电阻器进入电路，由齐纳二极管保持不变。 µC汲取的电流将确定电阻器两端的电压降，但该值可以忽略不计。如果使用常规电池，则齐纳二极管将6V电源调节至5.1V。还有其他明显的解决方案，但我不想订购任何新零件，因为我手边有一些齐纳二极管和大量电阻器。最后，如果空间或成本是一个重要因素，可以使用这个电路。该设计。电阻器和齐纳二极管的成本比稳压器和几个电容器要低很多，并且它们在电路板上占用的空间要少得多。希望这些信息能够指出您在设计电路电源方面的正确方向！
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