輻射加固型可調(diào)線性穩(wěn)壓器LM117HVQML - SP的技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)備的設(shè)計領(lǐng)域，尤其是對可靠性和穩(wěn)定性要求極高的航天等特殊應(yīng)用場景中，穩(wěn)壓器的性能起著至關(guān)重要的作用。今天，我們就來深入探討一款備受關(guān)注的輻射加固型可調(diào)線性穩(wěn)壓器——LM117HVQML - SP。

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一、產(chǎn)品概述

LM117HVQML - SP是一款具有卓越性能的3端正電壓線性穩(wěn)壓器，能夠在1.2V至57V的輸出范圍內(nèi)提供高達0.5A的電流。它的使用非常簡便，僅需兩個外部電阻就能輕松設(shè)置輸出電壓。而且，其線路和負(fù)載調(diào)節(jié)性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器。

這款穩(wěn)壓器采用“浮動”設(shè)計，僅關(guān)注輸入 - 輸出差分電壓，這使得只要不超過最大輸入 - 輸出差分，它就能對數(shù)百伏的電源進行有效調(diào)節(jié)。同時，它還具備全面的過載保護功能，包括電流限制、熱過載保護和安全區(qū)域保護，即使調(diào)整端斷開，所有過載保護電路仍能正常工作。

二、關(guān)鍵特性

（一）輻射加固特性

它具有輻射硬度保證（RHA），總電離劑量（TID）可達100 krad(Si)，并提供高劑量率（HDR）50 - 300 rad(Si)/s和低劑量率（LDR）10 mrad(Si)/s兩種選擇，這使得它在輻射環(huán)境下依然能穩(wěn)定工作，非常適合航天衛(wèi)星等應(yīng)用場景。

（二）輸出特性

1. 可調(diào)輸出：輸出電壓可低至1.2V，并且能夠在較寬的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，滿足不同的應(yīng)用需求。
2. 輸出電流：指定輸出電流為0.5A，能夠為負(fù)載提供穩(wěn)定的功率支持。
3. 電流限制：電流限制不受溫度影響，確保在不同的工作溫度下都能穩(wěn)定工作。
4. 短路保護：輸出具備短路保護功能，有效保護穩(wěn)壓器和負(fù)載免受短路故障的影響。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

LM117HVQML - SP的典型應(yīng)用場景是衛(wèi)星電力系統(tǒng)（EPS）。在衛(wèi)星這樣的復(fù)雜環(huán)境中，對電源的穩(wěn)定性和可靠性要求極高，而這款穩(wěn)壓器的輻射加固特性和全面的保護功能使其能夠勝任這一任務(wù)。

四、技術(shù)規(guī)格詳解

（一）絕對最大額定值

在使用穩(wěn)壓器時，必須嚴(yán)格遵守絕對最大額定值，否則可能會導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。LM117HVQML - SP的輸入 - 輸出電壓差分范圍為 - 0.3V至60V，存儲溫度范圍為 - 65°C至150°C，最大結(jié)溫為150°C，引腳溫度（金屬封裝）為300°C。

（二）ESD額定值

其人體模型（HBM）靜電放電額定值為±2000V，這意味著在操作過程中需要注意靜電防護，以避免靜電對設(shè)備造成損壞。

（三）推薦工作條件

推薦的工作溫度范圍為 - 55°C至125°C，輸入電壓范圍為4.25V至60V。在這個范圍內(nèi)使用穩(wěn)壓器，能夠保證其性能的穩(wěn)定性和可靠性。

（四）熱信息

不同封裝的熱阻不同，例如TO - 39（NDT）3引腳封裝在靜止空氣中的結(jié) - 環(huán)境熱阻為186°C/W，在500 LF/min空氣流中的結(jié) - 環(huán)境熱阻為64°C/W；CFP（NAC）16引腳封裝在靜止空氣中的結(jié) - 環(huán)境熱阻為130°C/W，在500 LF/min空氣流中的結(jié) - 環(huán)境熱阻為80°C/W。了解這些熱信息有助于在設(shè)計散熱系統(tǒng)時做出合理的選擇。

（五）電氣特性

包括參考電壓、線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)、熱調(diào)節(jié)、輸出短路電流、紋波抑制等參數(shù)。這些參數(shù)在不同的測試條件下有不同的取值范圍，例如參考電壓在不同的輸入 - 輸出差分電壓和溫度條件下，其值在1.2V至1.45V之間變化。

（六）參數(shù)漂移

在壽命測試中，一些參數(shù)會發(fā)生漂移，如參考電壓、線路調(diào)節(jié)、調(diào)整引腳電流等。了解這些參數(shù)漂移情況有助于評估設(shè)備在長期使用過程中的性能穩(wěn)定性。

（七）質(zhì)量一致性檢驗

按照MIL - STD - 883方法5005進行分組檢驗，包括靜態(tài)測試、動態(tài)測試、功能測試和開關(guān)測試等，在不同的溫度條件下（25°C、125°C、 - 55°C）進行，以確保產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

（八）典型特性

通過一系列的圖表展示了負(fù)載調(diào)節(jié)、電流限制、調(diào)整電流、壓差電壓、溫度穩(wěn)定性、最小工作電流、紋波抑制、線路瞬態(tài)響應(yīng)、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等典型特性。這些特性直觀地反映了穩(wěn)壓器在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。

五、設(shè)計與應(yīng)用要點

（一）設(shè)置輸出電壓

在實際應(yīng)用中，LM117HVQML - SP在輸出和調(diào)整端之間會產(chǎn)生一個標(biāo)稱1.25V的參考電壓 (V{REF}) ，輸出電壓可以通過公式 (V{OUT }=V{REF }left(1+frac{R 2}{R 1}right)+I{ADJ} R 2) 計算得出。為了減小調(diào)整引腳電流 (I{ADJ}) 帶來的誤差，需要確保輸出有足夠的負(fù)載電流?？梢酝ㄟ^合理選擇電阻分壓器，使其能夠吸收最大指定輸出負(fù)載電流5mA（標(biāo)稱），這樣既能滿足最小負(fù)載電流要求，又能減小 (I{ADJ}) 誤差項。

（二）負(fù)載調(diào)節(jié)

要獲得最佳的負(fù)載調(diào)節(jié)性能，連接在調(diào)整端和輸出端之間的電流設(shè)置電阻（通常為240Ω）應(yīng)直接連接到穩(wěn)壓器的輸出（外殼），而不是靠近負(fù)載。這樣可以避免線路壓降對參考電壓產(chǎn)生影響，從而提高調(diào)節(jié)精度。對于TO - 39封裝，還需要注意盡量減小輸出引腳的線長，并且可以將R2的接地端靠近負(fù)載接地，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程接地感應(yīng)，進一步提高負(fù)載調(diào)節(jié)性能。

（三）外部電容

1. 輸入旁路電容：建議使用輸入旁路電容，0.1μF的陶瓷電容或1μF的固體鉭電容適用于大多數(shù)應(yīng)用場景。當(dāng)設(shè)備距離輸入濾波電容超過6英寸時，輸入旁路電容尤為重要。
2. 調(diào)整端旁路電容：調(diào)整端可以接地旁路，以提高紋波抑制能力。使用10μF的旁路電容可以在任何輸出電平下獲得80dB的紋波抑制比，但超過10μF后，在120Hz以上的頻率下對紋波抑制的改善效果不明顯。
3. 輸出電容：雖然LM117HVQML - SP在沒有輸出電容的情況下也能穩(wěn)定工作，但某些外部電容值（500pF至5000pF）可能會導(dǎo)致過度振蕩。建議在輸出端使用1μF的固體鉭電容（或25μF的鋁電解電容），以確保穩(wěn)定性。增加負(fù)載電容大于10μF可以進一步提高環(huán)路穩(wěn)定性和輸出阻抗。

（四）保護二極管

當(dāng)使用外部電容時，有時需要添加保護二極管，以防止電容通過低電流點向穩(wěn)壓器放電。例如，當(dāng)輸出電容連接到穩(wěn)壓器且輸入短路時，輸出電容會向穩(wěn)壓器輸出放電，可能會損壞IC。對于輸出電容為25μF或更小的情況，通常不需要使用二極管；而對于調(diào)整端旁路電容，在輸出電壓大于25V且電容值較大時，需要添加保護二極管。

六、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多種典型應(yīng)用電路，如1.2V - 45V可調(diào)穩(wěn)壓器、數(shù)字選擇輸出、5V邏輯穩(wěn)壓器帶電子關(guān)斷、慢開啟15V穩(wěn)壓器、可調(diào)穩(wěn)壓器帶改善紋波抑制、高穩(wěn)定性10V穩(wěn)壓器、高電流可調(diào)穩(wěn)壓器、0V - 30V穩(wěn)壓器、功率跟隨器、5A恒壓/恒流穩(wěn)壓器、1A電流穩(wěn)壓器、1.2V - 20V穩(wěn)壓器帶最小編程電流、高增益放大器、低成本3A開關(guān)穩(wěn)壓器、4A開關(guān)穩(wěn)壓器帶過載保護、精密電流限制器、跟蹤預(yù)穩(wěn)壓器、可調(diào)多片板載穩(wěn)壓器帶單控制、交流電壓穩(wěn)壓器、12V電池充電器、50mA恒流電池充電器、可調(diào)4A穩(wěn)壓器、電流限制6V充電器等。這些應(yīng)用電路為工程師在不同的設(shè)計場景中提供了參考。

七、電源供應(yīng)與布局建議

（一）電源供應(yīng)

輸入電源的電壓應(yīng)確保不超過最大輸入 - 輸出差分電壓，并且盡量滿足最小壓差電壓要求，同時保留一定的余量，以保證穩(wěn)壓器正常工作。建議使用輸入電容，特別是當(dāng)輸入引腳距離電源較遠(yuǎn)時。

（二）布局

在PCB布局時，要確保承載負(fù)載電流的走線足夠?qū)?，以減少寄生走線電感。盡量縮短從 (V{OUT}) 到ADJ的反饋環(huán)路，以提高穩(wěn)定性。為了提高電源抑制比（PSRR），可以在ADJ引腳放置旁路電容，并使其盡可能靠近IC。當(dāng) (V{IN}) 短路到地時，需要在 (V{OUT}) 到 (V{IN}) 之間放置外部二極管，以保護IC；當(dāng)ADJ引腳放置大旁路電容且 (V{OUT}) 短路到地時，需要在ADJ到 (V{OUT}) 之間放置外部二極管。這些二極管應(yīng)靠近相應(yīng)的引腳，以提高其有效性。

八、器件與文檔支持

（一）器件支持

需要注意TI對于第三方產(chǎn)品的免責(zé)聲明，TI不保證第三方產(chǎn)品的適用性或提供相關(guān)擔(dān)保。

（二）文檔支持

提供了一系列相關(guān)文檔，如LM117HVQML - SP的中子位移損傷（NDD）特性、芯片數(shù)據(jù)手冊、高可靠性零件編號系統(tǒng)、可調(diào)IC電源穩(wěn)壓器的應(yīng)用、提高電源可靠性的方法、電壓穩(wěn)壓器微調(diào)的新生產(chǎn)技術(shù)、LDO基礎(chǔ)知識等。

（三）文檔更新通知

可以通過ti.com上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾訂閱更新通知，每周接收產(chǎn)品信息的變化摘要，并查看修訂文檔中的修訂歷史。

（四）支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、可靠答案和設(shè)計幫助的重要途徑，可以搜索現(xiàn)有答案或提出自己的問題。

（五）靜電放電注意事項

由于該集成電路容易受到靜電放電（ESD）的損壞，因此在操作過程中需要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，避免因ESD導(dǎo)致設(shè)備性能下降或完全失效。

九、總結(jié)

LM117HVQML - SP是一款性能卓越、功能強大的輻射加固型可調(diào)線性穩(wěn)壓器，適用于對電源穩(wěn)定性和可靠性要求極高的衛(wèi)星等應(yīng)用場景。在設(shè)計過程中，工程師需要充分了解其技術(shù)規(guī)格和應(yīng)用要點，合理選擇外部元件，優(yōu)化PCB布局，以確保穩(wěn)壓器能夠發(fā)揮最佳性能。同時，要關(guān)注器件和文檔支持，及時獲取最新信息，解決設(shè)計過程中遇到的問題。希望本文能為電子工程師在使用LM117HVQML - SP進行設(shè)計時提供有價值的參考。大家在實際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。