浅谈齐纳二极管和并联拓扑 如何选择合适的分流电阻

有什么比基准电压源更简单的基本电压恒定基准电压呢？与所有设计主题一样，也需要权衡取舍。本文讨论了不同类型的电压基准，它们的关键规格以及设计折衷，包括精度，温度无关性，电流驱动能力，功耗，稳定性，噪声和成本。

理想的

一个理想的参考电压有一个完美的初始精度并保持其电压在负载电流，温度和时间的变化。在现实世界中，设计人员必须权衡以下因素：初始电压精度，电压温度漂移和滞后，电流源和吸收能力，静态电流（或功耗），长期稳定性，噪声和成本。

参考类型

两种最常见的参考类型是齐纳和带隙。齐纳二极管通常用于两端并联拓扑中。带隙基准通常用于三端串联拓扑。

齐纳二极管和并联拓扑

齐纳二极管是为在反向偏置击穿区域中工作而优化的二极管。由于击穿是相对恒定的，因此可以通过反向驱动已知电流来产生稳定的参考电压。

齐纳二极管的一大优势是电压范围广，从2V至200V。它们还具有广泛的功率处理能力，从几毫瓦到几瓦。

齐纳二极管的主要缺点是它们的精度不足以用于高精度应用，并且其功耗使其非常适合于低功率应用。一个例子是BZX84C2V7LT1G，其击穿电压或标称参考电压为2.5V，变化范围为2.3V至2.7V，或±8％的精度。这仅适用于精度要求不高的应用。

齐纳基准的另一个问题是输出阻抗。上面的示例在5mA时的内部阻抗为100Ω，在1mA时的内部阻抗为600Ω。非零阻抗会导致参考电压的额外变化，具体取决于负载电流的变化。选择低输出阻抗的齐纳二极管可最大程度地减小这种影响。

埋入式齐纳二极管是一种特殊类型的齐纳二极管，由于其结构，其比常规齐纳二极管更稳定，这使它们置于硅表面下方。

实际齐纳二极管的替代品是模拟齐纳二极管的有源电路。电路允许该器件极大地改善了齐纳二极管的经典局限性。MAX6330就是这样一种器件。在100µA至50mA的负载变化范围内，它具有1.5％（最大值）的严格初始精度。这种IC的典型实现如图1所示。

选择合适的分流电阻

所有分流配置参考都需要一个与参考元件串联的限流电阻。可以从以下公式计算得出：

RS =（VIN（最大值）– VSHUNT（最小值））/（ISHUNT（最大值）+ ILOAD（最小值））≤RS≤（VIN（min）– VSHUNT（最大值））/（ISHUNT（最小值）+ ILOAD（最大值） ）

其中：

VIN是输入电压范围
VSHUNT是稳压电压
ILOAD是输出电流范围
ISHUNT是最小并联工作电流

请注意，无论是否存在负载，并联电路始终消耗ILOAD（max）+ ISHUNT。

通过适当调整RS的大小，可将同一个分流器用于10VIN或100VIN。为RS选择最大的标称电阻器值可实现最低的电流消耗。请记住要提供安全余量，以结合所用电阻器的最坏情况容限。您还应该使用以下两个通用功率方程式之一来确保电阻器的额定功率足够：

PR = IIN（VIN（最大）– VSHUNT）
=I²INRS
=（VIN（最大）– VSHUNT）²/ RS